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
C反应蛋白（C-reactive protein, CRP）；样品基质：PBS缓冲液（人血浆来源CRP抗原溶液）
检测原理
该传感器以浮动栅为传感界面。抗CRP抗体通过SAM共价固定于Au/Si3N4表面。当PBS中的CRP抗原与抗体特异性结合后，生物层厚度增加，使溶液与浮动栅之间的界面电容增大。在Ag/AgCl参比电极控制下，浮动栅电位随电容变化而下降，改变n-well界面附近的电荷分布，使发射极/源极与集电极/漏极之间的负电荷远离n-well界面，从而增加MOSFET通道电流。器件发射极电流由MOSFET通道电流和横向BJT电流组成，其中横向BJT电流对传感层电容变化不敏感。通过基极电流调节两种电流占比，可调节整体灵敏度。CRP浓度越高，抗原-抗体结合量越大，界面电容变化越大，发射极电流增加越明显。
检测灵敏度
有效检测下限: >1 pmol/L；实验浓度范围: 100 fmol/L–1 μmol/L；灵敏度: 0.65、0.72、0.80 μA/decade（基极电流 −50、−30、−10 μA）；MOSFET模式灵敏度: 约0.89 μA/decade
效应效果
该器件在CRP检测中表现出良好选择性与重现性。选择性实验中，1 μmol/L Troponin T抗原未引起发射极电流变化，说明抗CRP抗体层对非目标蛋白无交叉响应。SPR验证显示SAM形成、NHS/EDC活化、抗体固定和抗原-抗体结合分别引起0.3°、0.4°、0.9°和1.5°共振角偏移，证实各固定步骤成功。重现性实验中，6个同工艺器件对CRP的响应相似，且相邻两组数据存在明显差异，表明器件间一致性良好。作者指出，在MOSFET–BJT混合模式下可通过基极电流调节MOSFET通道电流与横向BJT电流占比，从而调节灵敏度；该器件对需要稀释过程才能检测的生物材料具有应用价值，并有望改善低浓度检测的灵敏度与可靠性。
传感器的构成
- 基底/换能器：标准0.35 μm CMOS工艺制备的带栅横向BJT芯片，含p-sub、n-well、n+区、floating gate、internal gate、emitter/source、collector/drain，提供MOSFET/BJT混合通道并输出电流
- 绝缘介质层：Si3N4层位于floating gate上，隔离溶液与栅极并形成电容传感界面
- 金属修饰层：约30 nm Au层沉积于Si3N4上，作为可修饰导电表面
- 自组装单分子层：11-mercaptoundecanoic acid（11-MUA）在Au表面形成SAM，提供羧基端基
- 活化交联层：NHS与EDC活化SAM羧基，形成活性酯用于抗体共价偶联
- 识别元件：小鼠单克隆anti-CRP antibody固定于SAM表面，特异性结合CRP
- 参考电极：商用Ag/AgCl电极（MF-2052, BASi），控制溶液界面电位
- 读出电路：PCB与semiconductor parameter analyzer，施加偏压并检测emitter/source电流
中文摘要
本研究提出一种基于带栅横向双极结型晶体管（gated lateral BJT）的新型生物传感器，用于生物材料检测。该器件可兼具双极结型晶体管（BJT）和金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）功能，其发射极与源极、集电极与漏极相互耦合。C反应蛋白（CRP）是临床检验中重要的疾病标志物，可采用所提器件进行检测。研究在MOSFET–BJT混合模式下评估了带栅横向BJT作为生物传感器的灵敏度、选择性和重现性。结果表明，该器件具有良好的选择性和重现性。在CRP抗原检测中，当基极电流分别为−50、−30和−10 μA时，器件发射极（源极）电流变化分别约为0.65、0.72和0.80 μA/decade。该器件对于某些需要稀释过程才能用常规生物传感器（如MOSFET型生物传感器）检测的生物材料具有显著应用价值。
英文摘要
In this study, we propose a novel biosensor based on a gated lateral bipolar junction transistor (BJT) for biomaterial detection. The gated lateral BJT can function as both a BJT and a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) with both the emitter and source, and the collector and drain, coupled. C-reactive protein (CRP), which is an important disease marker in clinical examinations, can be detected using the proposed device. In the MOSFET-BJT hybrid mode, the sensitivity, selectivity, and reproducibility of the gated lateral BJT for biosensors were evaluated in this study. According to the results, in the MOSFET-BJT hybrid mode, the gated lateral BJT shows good selectivity and reproducibility. Changes in the emitter (source) current of the device for CRP antigen detection were approximately 0.65, 0.72, and 0.80 μA/decade at base currents of -50, -30, and -10 μA, respectively. The proposed device has significant application in the detection of certain biomaterials that require a dilution process using a common biosensor, such as a MOSFET-based biosensor.