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
蛋白质（链霉亲和素 streptavidin, SA），PBS 缓冲液（10 mM, pH 7.4）
检测原理
该传感器为无标记电学生物传感器。CVD 生长的 SWNT 网络构成 FET 沟道，Cr/Au 电极形成肖特基势垒（SB）接触。经电击穿（BD）选择性切断导电 m-SWNTs 后，保留的非导电 m-SWNTs 与电极相连，扩大 SB 接触面积，提高传感面积。PEI/PEG 涂层抑制非特异吸附，生物素探针共价固定于 PEI 上。当 PBS 中的链霉亲和素（SA）与生物素特异性结合时，蛋白质吸附在或靠近 SB 接触，改变金属功函数并抬高 SB 高度，使 p 型 SWNT-FET 电导下降。源漏电压 VDS=0.2 V 下，IDS 或 G/G0 随 SA 浓度增加呈阶梯式下降，从而实现浓度检测。
检测灵敏度
LOD: 0.5 pM；线性范围: 0.5–100 pM（非特异结合）；检测范围: 0.5–1 nM（特异结合，非线性）；灵敏度: 30.5 nA pM−1（非特异结合）、约 27 nA pM−1（特异结合）、0.011 nA pM−1（未 BD 处理，10–100 nM）
效应效果
BD 处理器件对 SA 的最低检测限为 0.5 pM，未处理器件为 10 nM，最低可检测浓度低 2×10^4 倍。响应时间 0.3–3 min，非特异结合 6–30 s，特异结合 18–90 s。50 nM IgG 注入后电导无变化，说明 PEI/PEG 涂层可抑制非特异吸附。20 个 BD 器件结果类似，制备可重复，但未报告 RSD。相比文献 SWNT 蛋白质检测限 100 pM–100 nM，本工作更低且更快，作者认为其适用于无标记电子生物传感。
传感器的构成
- 基底/换能器：SiO2/Si 衬底，Si 作背栅，提供器件支撑与栅控
- 源漏电极：Cr/Au（10/100 nm）金属电极（文中亦提及 Ti/Au 接触），接触 SWNT 网络并用于源漏电流读出
- 换能通道：CVD 网络单壁碳纳米管（SWNTs），作为 FET 沟道；电击穿（BD）去除导电 m-SWNTs，保留非导电 m-SWNTs 扩大肖特基势垒（SB）面积
- 聚合物修饰层：聚乙烯亚胺（PEI）与聚乙二醇（PEG）共涂层，用于共价固定生物素并抑制非特异蛋白吸附
- 识别元件：生物素（biotin，N-羟基琥珀酰亚胺酯）共价连接于 PEI 氨基，特异性识别链霉亲和素（SA）
- 被测物：链霉亲和素（SA），在 PBS 缓冲液中注入检测
- 信号读出：无标记电学读出，VDS=0.2 V 下监测电导/电流变化
中文摘要
蛋白质检测在疾病诊断中具有重要价值。本文报道了一种基于网络单壁碳纳米管（SWNT）场效应晶体管（FET）的超高灵敏度生物传感器策略。通过受控电击穿（BD）过程，选择性切断或去除网络中的导电金属性 SWNTs（m-SWNTs），保留非导电 m-SWNTs，以扩大肖特基势垒（SB）接触面积，从而增强以 SB 效应为主导的传感面积。该纳米管 FET 对生物分子表现出超高灵敏度和快速响应。以链霉亲和素（SA）或生物素/SA 对作为研究模型，最低检测限达到 0.5 pM；经 BD 处理的纳米管生物传感器最低可检测浓度比未处理器件低 2×10^4 倍。响应时间处于 0.3–3 min 范围内。该工作有望推动纳米尺度、无标记电子生物传感器系统的实现。
英文摘要
Detection of proteins is powerfully assayed in the diagnosis of diseases. A strategy for the development of an ultrahigh sensitivity biosensor based on a network single-walled carbon nanotube (SWNT) field-effect transistor (FET) has been demonstrated. Metallic SWNTs (m-SWNTs) in the network nanotube FET were selectively removed or cut via a carefully controlled procedure of electrical break-down (BD), and left non-conducting m-SWNTs which magnified the Schottky barrier (SB) area. This nanotube FET exhibited ultrahigh sensitivity and fast response to biomolecules. The lowest detection limit of 0.5 pM was achieved by exploiting streptavidin (SA) or a biotin/SA pair as the research model, and BD-treated nanotube biosensors had a 2 × 10(4)-fold lower minimum detectable concentration than the device without BD treatment. The response time is in the range of 0.3-3 min.