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
流体介电常数（fluid dielectric constant）、肌酐（creatinine）；样品基质：腹膜液、尿液、血液等体液。
检测原理
该传感器将体液引入 M2 晶体管的栅区，使流体替代部分二氧化硅（SiO2）成为栅介质。由于流体介电常数 εfluid 与 SiO2 不同，M2 的跨导/增益参数 KP 随 εfluid 变化；四个子晶体管并联可等效增大 KP，提高对介电常数变化的响应。四个 CMOS 晶体管组成电容电桥，正常体液下通过 M3 栅压 Vset 将电桥调零；当体液成分异常，如肌酐等溶质浓度变化可能引起介电常数改变时，电桥失衡，输出节点电压发生偏移。差分对读出直流信号，脉冲编码神经网络进行智能预处理，BIST 单元完成自测试与参数调整。整体通过介电常数变化—晶体管参数变化—电桥电压失衡—数字/报警输出的链条实现检测。
检测灵敏度
介电常数范围: 11–1（原文：11–1 range of dielectric constant）；未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
本文主要给出电路设计、布局截面和 Spice 提取仿真，以验证晶体管桥式流体生物传感器概念的可行性，未报告实验选择性、抗干扰、稳定性、重现性（RSD）、实际样品加标回收率，也未与 ELISA、HPLC 或 qPCR 等现有方法进行定量对比。作者强调该器件可用标准 VLSI–MEMS 工艺制造，具有可重复使用优势，相比酶涂层寿命较短的问题更适合长期监测。文中指出健康成人肌酐清除率约为 120 ml/min，肾衰竭患者清除率低于 10 ml/min 时需要透析，而传统肌酐清除率检测通常需收集 12 或 24 h 尿液；因此该传感器有望用于肾衰竭患者居家监测肌酐水平和肾功能，并可扩展为多传感器片上系统。
传感器的构成
- 基底/换能器：硅衬底 CMOS 晶体管，构成电容型电桥换能器
- 栅介质层：部分刻蚀的二氧化硅（SiO2）栅介质，允许流体进入并保留机械支撑
- 流体传感栅：开孔多晶硅栅（polysilicon gate），体液作为栅介质，介电常数变化调制晶体管特性
- 机械支撑层：金属1和金属2（metal-1、metal-2）覆盖多晶硅栅，支撑悬臂栅结构
- 电桥电路：四个 CMOS 晶体管（PMOS/NMOS）组成电容电桥，M2 为流体传感晶体管，M3 用于调零平衡
- 读出电路：差分对（differential pair）用于直流模式读出
- 智能处理单元：电流模式脉冲编码神经网络（pulse-coded neural network）进行信号预处理
- 自测试单元：内置自测试（BIST）控制器、图案发生器和多输入签名分析器，用于检测故障与参数调整
中文摘要
传感器在医疗等多个领域日益重要。开发低成本、微型化、高选择性和高灵敏度，并且控制与分析均可集成于同一芯片的传感器十分必要。此类传感器可采用微机电系统（MEMS）实现；由于其在半导体基底上制造，可方便地集成额外信号处理电路，从而提供多路复用和模数转换等功能。本文提出一种多传感器片上系统（SoC）设计的通用框架，包括智能信号处理、内置自测试（BIST）和参数调整单元。文章具体给出系统架构，并开发了一种晶体管化桥式生物传感器，用于监测流体介电常数的变化。该传感器可基于标准 VLSI 工艺制造，通过电桥平衡检测体液介电常数偏离正常值，有望用于肾衰竭患者居家监测肾功能。
英文摘要
Sensors are becoming of considerable importance in several areas, particularly in health care. Therefore, the development of inexpensive and miniaturized sensors that are highly selective and sensitive, and for which control and analysis is present all on one chip is very desirable. These types of sensors can be implemented with microelectromechanical systems (MEMS), and because they are fabricated on a semiconductor substrate, additional signal processing circuitry can easily be integrated into the chip, thereby readily providing additional functions, such as multiplexing and analog-to-digital conversion. Here, we present a general framework for the design of a multisensor system on a chip, which includes intelligent signal processing, as well as a built-in self-test and parameter adjustment units. Specifically, we outline the system architecture and develop a transistorized bridge biosensor for monitoring changes in the dielectric constant of a fluid, which could be used for in-home monitoring of kidney function of patients with renal failure.