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
链霉亲和素（streptavidin，以巯基化金纳米颗粒标记）/生物素化分析物（biotinylated analyte）；样品基质：Tris/NaCl缓冲液（HRSEM标记）或10 mM UBM缓冲液（pH 2.8，电学测量）
检测原理
传感器为耗尽型p型Si-NW场效应器件。全(111) Si-NW表面经HF/NH4F处理形成H-Si，再经UV引发氢硅化形成C-Si烷基或胺端烯基单分子层；脱保护暴露NH2后偶联生物素。当溶液中的链霉亲和素或生物素化分析物与表面生物素结合时，带电生物分子在界面引入表面电荷密度变化，改变Si-NW表面电位。该表面电位通过薄C-Si单分子层（约3 nm）调制耗尽区宽度和导电截面积，从而改变漏源电导Gc=∂Ids/∂Vds。前栅/背栅电压和Ag/AgCl参比电极设定工作点，锁相放大器读出电导变化。相比SiO2钝化，C-Si界面降低固定电荷和界面陷阱，提高灵敏度；选择性功能化减少非传感区配体，提高特异性。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、R^2；报告检测灵敏度：ΔG/G0 ≈ 0.32（烯基单分子层钝化Si-NW，h = 100 nm），氧化Si-NW为0.04，约10×提高；跨导：g ≈ 63 pA mV^-1（烯基单分子层）对比36 pA mV^-1（10 nm SiO2钝化）。
效应效果
原文未报告RSD、稳定性、实际样品回收率及与ELISA/HPLC/qPCR的定量对比。选择性功能化由接触角、XPS和HRSEM验证：C18烷基单分子层接触角109°，表明有序单分子层；XPS显示表面清洁、氧化降低，脱保护后出现NH2/NH3+；HRSEM显示5 nm巯基化金纳米颗粒仅结合到生物素化全(111) Si-NW表面。电学上，烯基单分子层钝化Si-NW跨导约63 pA mV^-1，高于10 nm SiO2钝化的36 pA mV^-1；检测灵敏度ΔG/G0约0.32，较氧化Si-NW的0.04提高约10倍。作者认为该平台可消除非传感区配体偶联、降低固定SiO2电荷和界面陷阱，提高选择性与灵敏度。
传感器的构成
- 基底/换能器：SOI硅基底上的p型全(111)表面三角形硅纳米线（Si-NW），作为耗尽型场效应通道，源漏电流随表面电位变化。
- 钝化/修饰层：C-Si烷基单分子层（C18，由1-octadecene形成）和/或胺端烯基单分子层（由n-(5-hexynyl)phthalimide形成并脱保护），厚度约3 nm，相对介电常数约2，用于界面钝化与选择性功能化。
- 识别元件：生物素（biotin，activated biotin NHS ester）偶联到胺端单分子层，作为高亲和力配体结合链霉亲和素或生物素化分析物。
- 信号标记物：5 nm巯基化金纳米颗粒（thiolated Au nanoparticles）偶联链霉亲和素（streptavidin），用于HRSEM可视化验证选择性结合。
- 读出电极：Ag/AgCl参比电极（REF200）作为前栅，配合背栅电压设置工作点；锁相放大器测量漏源电流/电导，阻抗分析仪测量CV。
- 封装层：聚酰亚胺（polyimide，2 µm）和环氧树脂（epoxy）封装保护Si-NW器件与金属键线。
中文摘要
本文报道了一种基于全(111)表面硅纳米线（Si-NW）场效应生物传感器的选择性功能化策略。作者将碳-硅（C-Si）烷基和烯基单分子层共价连接到Si-NW表面，并利用单分子层末端的胺基偶联生物素N-羟基琥珀酰亚胺酯（biotin NHS ester）。通过接触角、X射线光电子能谱（XPS）以及高分辨扫描电镜（HRSEM）验证了选择性功能化：5 nm巯基化金纳米颗粒经链霉亲和素偶联后，仅结合到生物素化的全(111) Si-NW表面。单分子层钝化Si-NW的电学测量表明器件行为与性能得到改善。此外，作者建立了耗尽型三角形截面Si-NW的分析模型，证明与常规纳米线几何结构和二氧化硅钝化层相比，烷基/烯基钝化全(111) Si-NW生物传感器具有更高检测灵敏度，并给出界面设计与电偏置指南。
英文摘要
We demonstrate the utilization of selective functionalization of carbon-silicon (C-Si) alkyl and alkenyl monolayers covalently linked to all-(111) surface silicon nanowire (Si-NW) biosensors. Terminal amine groups on the functional monolayer surfaces were used for conjugation of biotin n-hydroxysuccinimide ester. The selective functionalization is demonstrated by contact angle, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and high-resolution scanning electron microscopy (HRSEM) of 5 nm diameter thiolated Au nanoparticles linked with streptavidin and conjugated to the biotinylated all-(111) surface Si-NWs. Electrical measurements of monolayer passivated Si-NWs show improved device behavior and performance. Furthermore, an analytical model is presented to demonstrate the improvement in detection sensitivity of the alkyl and alkenyl passivated all-(111) Si-NW biosensors compared to conventional nanowire biosensor geometries and silicon dioxide passivation layers as well as interface design and electrical biasing guidelines for depletion-mode sensors.