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)；样品基质：PBS 缓冲液 (pH 7.4, 10 mM)
检测原理
该传感器以热解碳纳米线作为p型导电通道，源漏电极施加VDS=300 mV。碳纳米线经O2等离子体处理后表面含COOH，通过EDC/NHS与胺基生物素形成酰胺键固定。链霉亲和素与生物素特异性结合后，由于链霉亲和素等电点pI=5，在pH 7.4 PBS中带负电，相当于在碳通道表面施加负栅压，使p型通道载流子增加，源漏电流IDS上升。结合量增加时负电荷增多，IDS上升。未固定生物素的对照器件无电流变化。降低pH时链霉亲和素质子化带正电，相当于正栅压，使IDS下降。信号为结合事件引起的界面电荷场效应，无酶或核酸放大。
检测灵敏度
—
效应效果
在0.5 mg ml−1链霉亲和素、10 mM PBS (pH 7.4)、VDS=300 mV条件下，生物素修饰碳纳米线器件注入链霉亲和素后IDS上升；未修饰对照器件IDS基本不变，显示生物素–链霉亲和素结合的选择性。器件还表现出pH依赖性：pH降低时IDS下降，说明表面电荷状态改变。碳通道尺寸为130 nm宽、20 nm厚、4 μm长，700 ℃热解碳电阻率约4.1 Ω cm，Hall测量呈弱p型。原文未报告RSD、稳定性、回收率或与ELISA/qPCR等方法的定量对比。作者认为该碳纳米制造方法可用于谐振传感和生物传感。
传感器的构成
- 基底/绝缘层：硼掺杂(100) Si 晶圆与 0.8 μm SiO2 热氧化层，提供支撑、阻挡碳扩散并电绝缘
- 电极层：10 nm Cr/70 nm Au 源漏电极与对准标记，经 lift-off 连接碳通道
- 导电通道：SAL-601 电子束抗蚀剂热解形成的碳纳米线（约130 nm宽、20 nm厚、4 μm长），作为导电通道
- 表面活化层：O2 等离子体处理引入含氧官能团（COOH），用于生物素共价固定
- 识别元件：胺基偶联生物素（EZ-Link amine-PEO2-biotin）经 EDC/NHS 酰胺键固定于碳纳米线表面，捕获链霉亲和素
- 钝化/流体池：PMMA 钝化层保护金属电极并降低非特异结合；PDMS (Sylgard 184) 硅胶管储液池引入样品
中文摘要
本文提出一种简便且通用的碳纳米结构制造方法，利用电子束光刻和抗蚀剂热解制备碳纳米图案。采用负性电子束抗蚀剂SAL-601，在惰性气氛中热处理，获得碳纳米图案；通过湿法刻蚀下层牺牲氧化层，制备悬空碳纳米结构。作者制备了自由站立碳纳米结构，其中纳米桥宽130 nm、厚15 nm、长4 μm，并研究了电子束曝光剂量对抗蚀剂厚度和图案展宽的影响。碳纳米结构厚度可通过氧等离子体刻蚀减薄。在此基础上，作者研究了以碳纳米结构作为导电通道的电学生物传感器，观察到链霉亲和素–生物素结合以及pH变化引起的碳器件电导调制。
英文摘要
We present a facile, yet versatile carbon nanofabrication method using electron beam lithography and resist pyrolysis. Various resist nanopatterns were fabricated using a negative electron beam resist, SAL-601, and they were then subjected to heat treatment in an inert atmosphere to obtain carbon nanopatterns. Suspended carbon nanostructures were fabricated by the wet-etching of an underlying sacrificial oxide layer. Free-standing carbon nanostructures, which contain 130 nm wide, 15 nm thick, and 4 µm long nanobridges, were fabricated by resist pyrolysis and nanomachining processes. Electron beam exposure dose effects on resist thickness and pattern widening were studied. The thickness of the carbon nanostructures was thinned down by etching with oxygen plasma. An electrical biosensor utilizing carbon nanostructures as a conducting channel was studied. Conductance modulations of the carbon device due to streptavidin-biotin binding and pH variations were observed.