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
葡萄糖（glucose，β-D-glucose）；样品基质：磷酸盐缓冲液葡萄糖溶液，面向体外血糖/临床诊断样品
检测原理
葡萄糖进入磷酸盐缓冲液后，被GOx催化氧化为葡萄糖酸并生成H2O2。PSW在源漏电压VDS=5 V下形成通道电场，H2O2在电场中电解产生H+。H+与γ-APTES修饰层中的NH2结合，改变PSW表面电荷态和界面能带，从而调制多晶硅通道导电性，表现为通道电流密度变化ΔJ。葡萄糖浓度越高，生成的H2O2和H+越多，ΔJ越大。C-AFM针尖涂覆的超薄γ-APTES+NPs膜使表面/体积比增大，窄线宽PSW具有更强通道电场，因此灵敏度更高；宽线宽PSW通道电场和边缘电场较弱，干扰物乙酰氨基酚难以被电解，抗干扰性更好。UV照射可增强NH2与SiO2相互作用并增加表面粗糙度，提高响应。
检测灵敏度
旋涂γ-APTES+NPs+90 s UV：LOD: 0.75 mM（100 nm）、0.82 mM（200 nm）、0.52 mM（300 nm）、1.32 mM（500 nm）；线性范围: 1 mM–6 mM（所有线宽）
C-AFM针尖涂覆γ-APTES+NPs+90 s UV：LOD: 32 pM（100 nm）、0.2 nM（200 nm）、1 nM（300 nm）、5 nM（500 nm）；线性范围: 0.1 nM–1 mM（100 nm）、1 nM–1 mM（200 nm）、5 nM–1 mM（300 nm）、10 nM–1 mM（500 nm）
效应效果
重现性方面，100次旋涂膜厚RSD为12.76%，C-AFM针尖涂覆膜厚RSD为5.33%；单根PSW不同位置10次厚度RSD为5.483%。抗干扰方面，在AP/葡萄糖摩尔比0.003:1至600:1范围内，γ-APTES+NPs+UV膜均优于γ-APTES膜；500 nm宽PSW在600:1时ΔJ百分比变化低于3.5%，300 nm为4.8%，200 nm为6.1%，100 nm为9.7%。作者未报告实际样品加标回收率或与ELISA/HPLC/qPCR的对比。结果表明FIB加工C-AFM针尖可重复涂覆超薄均匀γ-APTES+NPs膜，使PSW葡萄糖传感器兼具高灵敏度、良好线性与高抗干扰性，适用于体外血糖检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：p型(100)硅片上12 nm SiO2绝缘层与80 nm磷掺杂多晶硅线（PSW），线宽100–500 nm、通道长3 µm、方阻40–50 Ω/□，作为导电通道与电流换能器
- 纳米材料修饰层：γ-APTES（3-氨基丙基三乙氧基硅烷）与PDMS处理疏水气相二氧化硅纳米颗粒（NPs，R202，平均一次粒径14 nm）按质量比100:1混合，形成γ-APTES+NPs纳米复合膜，部分经365 nm UV照射
- 识别/催化元件：葡萄糖氧化酶（GOx，EC 1.1.3.4，Sigma），30 mg溶于磷酸盐缓冲液，与β-D-葡萄糖反应生成H2O2和葡萄糖酸
- 信号转换层：H2O2在PSW通道电场下电解生成H+，H+与γ-APTES的NH2结合，改变表面电荷态
- 样品介质：磷酸盐缓冲液（phosphate buffer solution）含β-D-葡萄糖，用于溶解GOx和测试
- 读出系统：半导体参数分析仪Agilent 4156C，在VDS=5 V下测量PSW通道电流变化ΔI/ΔJ
中文摘要
本文研究多晶硅线（PSW）葡萄糖生物传感器的传感特性，重点考察膜厚、线宽对检测限、线性范围和抗干扰能力的影响，并比较微吸管/旋涂与聚焦离子束（FIB）加工毛细原子力显微镜（C-AFM）针尖扫描/涂覆两种成膜方法。PSW表面修饰由3-氨基丙基三乙氧基硅烷（γ-APTES）和经聚二甲基硅氧烷（PDMS）处理的疏水气相二氧化硅纳米颗粒（NPs）组成的纳米复合膜。结果显示，C-AFM针尖重复扫描/涂覆可将γ-APTES+NPs膜厚稳定控制在约22 nm，相对标准偏差较小。通过针尖涂覆时，PSW线宽越小，检测限越低、线性范围越宽；线宽越大，抗干扰能力越强。对于500 nm宽PSW，在乙酰氨基酚（AP）与葡萄糖浓度比高达600:1时，通道电流密度变化（ΔJ）的百分比变化可保持在3.5%以下。数值模拟表明，抗干扰性的线宽依赖性与PSW通道电场强度密切相关。
英文摘要
This report investigates the sensing characteristics of polysilicon wire (PSW) glucose biosensors, including thickness characteristics and line-width effects on detection limits, linear range and interference immunity with membranes coated by micropipette/spin-coating and focus-ion-beam (FIB) processed capillary atomic-force-microscopy (C-AFM) tip scan/coating methods. The PSW surface was modified with a mixture of 3-aminopropyl-triethoxysilane (γ-APTES) and polydimethylsiloxane (PDMS)-treated hydrophobic fumed silica nanoparticles (NPs). We found that the thickness of the γ-APTES+NPs nonocomposite could be controlled well at about 22 nm with small relative standard deviation (RSD) with repeated C-AFM tip scan/coatings. The detection limit increased and linear range decreased with the line width of the PSW through the tip-coating process. Interestingly, the interference immunity ability improves as the line width increases. For a 500 nm-wide PSW, the percentage changes of the channel current density changes (ΔJ) caused by acetaminophen (AP) can be kept below 3.5% at an ultra-high AP-to-glucose concentration ratio of 600:1. Simulation results showed that the line width dependence of interference immunity was strongly correlated with the channel electrical field of the PSW biosensor.