组成图示
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传感器类型
场效应晶体管(FET)生物传感器
检测对象
白蛋白（albumin, Alb）；样品基质：尿液（urine），实验缓冲液为PBS
检测原理
该传感器以抗体-抗原特异性识别为基础。白蛋白在PBS（pH 7.4）中带电荷，当尿液样品中的白蛋白与固定在Au栅极SAM上的抗白蛋白抗体结合后，栅极界面电荷分布和表面电位发生变化。该界面电位变化调制MOSFET的栅压，使漏电流Id随白蛋白浓度改变。系统采用零平衡电路测量表面电位变化，并用Pt准参考电极（QRE）提供稳定参考电位；参考FET（ReFET）与传感FET差分输出，扣除背景漂移和噪声。该过程无额外标记或酶放大，信号直接来自免疫结合引起的界面电荷变化。
检测灵敏度
线性范围: 30 mg/L–100 mg/L
效应效果
SPR测量证实SAM形成、抗体固定和抗原-抗体结合，共振角偏移分别为0.3°、0.5°和0.9°；BSA封闭用于抑制非特异性结合。BioFET/QRE/ReFET差分配置可克服噪声，10 mg/L白蛋白的输出差小于15 mV，处于误差范围内；200 mg/L以上信号趋于饱和，30–100 mg/L范围内输出电压线性，100 mg/L时差分电位为148 mV。与市售尿液试纸可检测100 mg/L以上相比，该传感器线性区间覆盖肾炎诊断阈值（尿白蛋白>30 mg/L），但量程较窄。作者认为其可用于尿液白蛋白检测以辅助诊断肾炎，并有望扩展至血液、尿液和唾液中的其他生物标志物。
传感器的构成
- 基底/换能器：p型(100)单晶硅晶圆（15–25 Ω cm）经CMOS工艺制备n沟道MOSFET，含450 Å SiO2栅氧化层、磷离子注入源漏区、NiCr/Au接触和Au栅极。
- 分子修饰层：Au栅极表面由TBCEA–thioctic acid形成自组装单分子层（SAM），以-SH头基锚定Au，末端基团用于固定抗体。
- 识别元件：抗白蛋白抗体（anti-albumin）固定于SAM末端，特异性结合白蛋白。
- 封闭层：牛血清白蛋白（BSA，10 mg/mL）封闭非特异性结合位点。
- 参考电极：Ti/Pt准参考电极（QRE）集成于芯片，替代Ag/AgCl参考电极。
- 参考换能器：参考FET（ReFET）与BioFET共漏，用于扣除背景信号。
- 读出电路：零平衡电路与差分放大器测量BioFET/QRE/ReFET输出电压差。
中文摘要
本文设计并制备了一种基于电位法测量的生物场效应晶体管（BioFET）白蛋白生物传感器，并系统考察了其传感特性。该BioFET采用半导体集成电路（IC）工艺制备，其栅极表面通过新开发的自组装单分子层（SAM）进行化学修饰；该SAM由噻唑苯冠醚乙胺-硫辛酸（TBCEA–thioctic acid）构建，用于固定抗白蛋白抗体。利用表面等离子共振（SPR）技术验证了SAM的形成、抗体的固定以及抗原-抗体相互作用。随后，测定了BioFET输出电压随不同白蛋白浓度变化的响应特性。研究还将准参考电极（QRE）和参考FET（ReFET）与BioFET集成，并考察了该集成系统的输出特性。结果表明，该BioFET可作为用于肾炎诊断的白蛋白传感器，具有可行性。
英文摘要
An albumin biosensor based on a potentiometric measurement using Biofield-effect-transistor (BioFET) has been designed and fabricated, and its characteristics were investigated. The BioFET was fabricated using semiconductor integrated circuit (IC) technology. The gate surface of the BioFET was chemically modified by newly developed self-assembled monolayer (SAM) synthesized by a thiazole benzo crown ether ethylamine (TBCEA)-thioctic acid to immobilize anti-albumin. SAM formation, antibody immobilization, and antigen-antibody interaction were verified using surface plasmon resonance (SPR). The output voltage changes of the BioFET with respect to various albumin concentrations were obtained. Quasi-reference electrode (QRE) and reference FET (ReFET) has been integrated with the BioFET, and its output characteristic was investigated. The results demonstrate the feasibility of the BioFET as the albumin sensor for diagnosing nephritis.