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
互补靶DNA（target ssDNA，22 nt寡核苷酸）；样品基质为TE/5× SSC缓冲液杂交液
检测原理
该方法利用核酸天然5′端磷酸基团与半导体/金属氧化物表面（ZrO2、AlGaN、GaN、HfO2）中的金属位点形成配位键，将ssDNA探针直接固定，无需交联。当互补靶DNA存在时，探针与靶链杂交形成双链DNA。验证实验中，PicoGreen染料嵌入双链DNA后在490 nm激发下产生520 nm荧光，荧光强度随杂交靶DNA量增加而升高，从而指示靶DNA存在。对于FET/HEMT生物传感器，杂交事件发生在靠近栅介质/半导体界面处，改变界面电荷分布并减小Debye屏蔽长度对信号的影响，理论上可转换为电学响应。文中未使用HCR、RCA等放大策略。
检测灵敏度
—
效应效果
实验以荧光强度归一化比较磷酸化与非磷酸化探针。在ZrO2、AlGaN、GaN和HfO2表面，5′磷酸化探针杂交后产生明显荧光信号，而非磷酸化探针几乎无信号，表明固定和杂交具有磷酸依赖性，并能区分互补靶序列。SiO2和TiO2因表面亲水导致斑点扩散，无法评估固定。AlGaN对DNA吸附较强但仍保持磷酸依赖。文中未报告RSD、长期稳定性、实际样品回收率或与ELISA/qPCR等方法的定量对比。作者认为该直接固定法省去交联和复杂表面化学，减少制备步骤，并使杂交位点更靠近传感表面，有望降低Debye屏蔽长度对FET/HEMT器件灵敏度的限制。
传感器的构成
- 基底/换能器表面：ZrO2、AlGaN、GaN、HfO2半导体/金属氧化物表面，提供磷酸配位位点并作为FET/HEMT栅介质或活性层
- 识别元件：5′磷酸化单链DNA探针（probe-5P，22 nt），通过5′磷酸基团直接固定
- 靶标：互补单链DNA靶序列（target，22 nt），与探针杂交
- 封闭剂：BSA（0.1 μg/μL），封闭非特异性结合位点
- 信号标记物：PicoGreen荧光染料（1:400稀释），结合双链DNA用于荧光成像
中文摘要
本文提出一种用于场效应晶体管（FET）或高电子迁移率晶体管（HEMT）生物传感器的核酸直接固定新方法。利用核酸天然存在的5′端磷酸基团与半导体及金属氧化物表面发生配位结合，将单链DNA探针直接固定于ZrO2、AlGaN、GaN和HfO2表面。通过荧光成像和PicoGreen染色验证，固定后的探针仍可与互补靶DNA高特异性杂交；无5′磷酸基团的DNA则几乎不能固定或杂交。与传统交联或硅烷/硫醇化学相比，该方法无需复杂表面修饰、交联剂或探针化学修饰，减少器件制备步骤。同时，杂交事件更靠近传感表面，有助于降低Debye屏蔽长度对FET器件灵敏度的不利影响，为基于III族氮化物和金属氧化物半导体材料的电学生物传感器提供简化、稳定的核酸固定策略。
英文摘要
In this work we propose a novel method of immobilizing nucleic acids for field effect or high electron mobility transistor-based biosensors. The naturally occurring 5' terminal phosphate group on nucleic acids was used to coordinate with semiconductor and metal oxide surfaces. We demonstrate that DNA can be directly immobilized onto ZrO(2), AlGaN, GaN, and HfO(2) while retaining its ability to hybridize to target sequences with high specificity. By directly immobilizing the probe molecule to the sensor surface, as opposed to conventional crosslinking strategies, the number of steps in device fabrication is reduced. Furthermore, hybridization to target strands occurs closer to the sensor surface, which has the potential to increase device sensitivity by reducing the impact of the Debye screening length.