组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
前列腺特异性抗原（PSA）、癌抗原15.3（CA15.3）、白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-1β（IL-1β）、凝血酶（thrombin）、血红蛋白（hemoglobin）、心肌肌钙蛋白T（cTnT）、肌酸激酶同工酶（CK-MM/CK-MB）、胆固醇（cholesterol）、尿素（urea）、癌胚抗原（CEA）、甲胎蛋白（AFP）、C反应蛋白（CRP）、血管内皮生长因子（VEGF）、基质金属蛋白酶-9（MMP-9）、免疫球蛋白G（IgG）、免疫球蛋白E（IgE）、乙酰胆碱（ACh）、多巴胺（dopamine）、19-去甲雄甾酮（19-NA）、S-100B、卵黄蛋白原（vitellogenin）；样品基质：全血（whole blood）、血清（serum）、血浆（plasma）、缓冲液（buffer）
检测原理
FET 生物传感器以半导体通道为换能器，栅绝缘层或纳米通道表面通过硅烷、硫醇或聚合物连接抗体、适配体、酶等识别元件。当血液中的带电分析物与识别元件结合时，其电荷在 Debye 长度内形成电场，改变半导体通道表面载流子浓度和阈值电压 Vt，使源漏电流 ID 随分析物浓度增加或减少。对不带电分析物，可固定酶催化反应改变局部 H+ 浓度，或使氧化还原聚合物/报告分子发生电荷变化。硅纳米线、碳纳米管等纳米通道因高比表面积，少量结合即可显著改变整体电导；亚阈值工作模式进一步降低电流并提高灵敏度；金纳米颗粒、MnO2 纳米颗粒、ELISA 酶产物等可放大界面电荷或催化信号。最终通过测量 ID-VGS 或 Vt 变化实现无标记定量检测。
检测灵敏度
LOD: 2.5 ng mL−1 (PSA, whole blood)；LOD: 30 U mL−1 (CA15.3, whole blood)；LOD: 0.9 pg mL−1 (PSA, serum)；LOD: 3.95 µg mL−1 (vitellogenin, 1% serum in buffer)；LOD: 166 mM (thrombin, serum)；LOD: 1 pg mL−1 (IL-1β, plasma)；linear range: 125–197 µg mL−1 (hemoglobin, whole blood)；LOD: 30 fg mL−1 (cTNT, desalted serum)；LOD: 1 ng mL−1 (PSA, serum in buffer)；LOD: 100 fg mL−1 (cTNT/CK-MM/CK-MB, serum)；linear range: 0.33–2.33 mg mL−1 (cholesterol, serum)；linear range: 10–5000 pg mL−1 (IL-1β, plasma)；linear range: 0.2–114 ng mL−1 (CEA/PSA/AFP, serum)；LOD: 1 ng mL−1 (CRP, serum)；LOD: 75 fg mL−1 (PSA, Si NW)；LOD: 330 pM (thrombin, Si NW)；LOD: 104 pM (VEGF, Si NW)；LOD: 300 nM (MMP-9, Si NW)；LOD: 150 fM (PSA, Si NW)；LOD: 1 fg mL−1 (cTnT, Si NW)；LOD: 1.3 fM (19-NA, Si NW)；LOD: 1 fM (dopamine, Si NW)；LOD: 1.0 ng mL−1 (PSA, CNT)；LOD: 1 pM (ACh, CNT)；LOD: 1 pM (IgG, CNT)；LOD: 1 pg mL−1 (IgG, CNT)；LOD: 250 pM (IgE, CNT)；LOD: 100 pM (PSA, CNT)；LOD: 50 pg mL−1 (Anti-HA Ab, CNT)；LOD: 54 pg mL−1 (CEA, CNT)；LOD: 1 ng mL−1 (S-100B, CNT)；LOD: 10 pg mL−1 (AlGaN/GaN HEMT)；LOD: 0.75 pM (accumulation)；LOD: 1.5 fM (subthreshold)；LOD: 10 aM (PSA, dielectrophoresis)；LOD: 1 pg mL−1 (PSA, Au NPs)；LOD: 1 pg mL−1 (IgG, antibody fragment)
效应效果
综述显示，FET 血液生物传感器选择性依赖抗体、适配体或酶；多数以 BSA 无响应和血清/血浆加标验证抗干扰，部分用结构类似分子确认特异性。检测时间从 5 s 到过夜不等。稳定性方面，抗体/聚合物器件保存 5 天灵敏度下降约 34%；酶/硅烷器件保存 2 周或 1 个月无性能下降；氧化还原聚合物可重复使用 50 次；聚合物/酶器件每日使用 40 天下降 20%，保存 46 天无明显退化；MnO2 NPs 器件 1 个月稳定、2 个月下降 11%。校准使响应变异系数从 25% 降至 16%。与 ELISA 联用可保留高灵敏和高特异，但需过夜孵育；FET 无需光学读出，适合便携、低样本量、快速、无标记和多路复用 POCT。
传感器的构成
- 基底/换能器：p-type Si substrate、SiO2 gate insulator、n+ source/drain electrodes，构成 MOSFET/ISFET 通道并转换界面电荷为电流变化
- 纳米通道：Si NW、CNT、polypyrrole NT、In2O3 NW 或 AlGaN/GaN HEMT 2DEG，提高比表面积与表面电荷调制灵敏度
- 表面连接层：silane linker（hydrosilylation）、thiol SAM（Au）、1-pyrenebutanoic acid succinimidyl ester（CNT）、polymer layer，固定识别元件并钝化表面
- 识别元件：antibody、aptamer、enzyme、antibody fragment、protein receptor，特异性结合血液分析物
- 信号放大/标记：Au NPs、MnO2 NPs、ELISA enzyme products、redox polymer、charged reporter molecule，增强界面电荷、局部 pH 或氧化还原信号
- 读出电路：source-drain current ID、gate-source voltage VGS、threshold voltage Vt，测量电流-电压关系变化
中文摘要
快速准确的血液分子分析对疾病诊断和管理至关重要。场效应晶体管（FET）生物传感器通过生物分子识别元件选择性结合血液分析物，并将结合事件转换为源漏电流或阈值电压变化，具有便携、高灵敏、快速、低成本、多路复用和无标记检测等优势，有望推动血液即时检测（POCT）发展。本文综述了微/纳尺度 FET 生物传感器用于血液分子分析的研究进展，重点讨论传感环境、器件通道结构、工作模式和表面功能化对检测性能与长期稳定性的影响。文章分析了离子强度、pH 和溶液异质性造成的电荷屏蔽与特异性挑战，比较了平面通道与硅纳米线、碳纳米管、聚合物纳米管及 AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管等纳米结构通道的灵敏度、检测时间和多路复用能力，并总结了抗体、适配体、酶、抗体片段等识别元件以及硅烷、硫醇、聚合物等表面连接策略。最后指出多路复用、长期稳定性和与其他无标记传感技术比较是未来关键方向。
英文摘要
Rapid and accurate molecular blood analysis is essential for disease diagnosis and management. Field-effect transistor (FET) biosensors are a type of device that promise to advance blood point-of-care testing by offering desirable characteristics such as portability, high sensitivity, brief detection time, low manufacturing cost, multiplexing, and label-free detection. By controlling device parameters, desired FET biosensor performance is obtained. This review focuses on the effects of sensing environment, micro-/nanoscale device structure, operation mode, and surface functionalization on device performance and long-term stability.