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（PBS，pH 7.5）
检测原理
葡萄糖氧化酶（GOD）识别并催化 β-D-葡萄糖与 O2 反应，生成 H2O2 和 D-葡萄糖酸-δ-内酯；内酯进一步水解产生 H+，使传感膜附近溶液 pH 降低。ZnO 纳米棒/薄膜作为 pH 敏感半导体，其表面电荷和电解质/半导体界面能带随 pH 变化，从而调制扩展栅场效应晶体管（EGFET）中 MOSFET 的漏源电流。光电化学钝化在 ZnO 纳米棒侧壁生成 Zn(OH)2，减少悬空键和表面态，减轻费米能级钉扎，提高 pH 响应和葡萄糖灵敏度。因此，葡萄糖浓度升高导致 H+ 增多、pH 下降，MOSFET 漏源电流相应变化，实现电流型检测。
检测灵敏度
灵敏度斜率: 13.4 μA mM−1 cm−2（未钝化）；20.33 μA mM−1 cm−2（钝化）；pH 灵敏度: 47.96 μA/pH（未钝化）；52.58 μA/pH（钝化）
效应效果
论文主要报告了灵敏度提升：未钝化 ZnO 纳米棒 EGFET 葡萄糖传感器线性灵敏度为 13.4 μA mM−1 cm−2，光电化学钝化后提高到 20.33 μA mM−1 cm−2；pH 灵敏度由 47.96 μA/pH 提高到 52.58 μA/pH。响应时间约 10 s。葡萄糖响应在低浓度呈线性，高浓度逐渐饱和。作者认为气相冷却冷凝沉积和 PEC 钝化可制备高质量本征 ZnO 传感膜，减轻费米能级钉扎，使该 ZnO 基 EGFET 葡萄糖传感器有望用于生物医学仪器。原文未报告选择性、抗干扰、稳定性、重现性、实际样品回收率或与 ELISA/HPLC/qPCR 的对比。
传感器的构成
- 基底/导电层：硅（Si）基底上沉积 100 nm 铝（Al）导电层，作为导电层并连接 MOSFET 栅极。
- 传感膜层：200 nm 本征氧化锌（ZnO）薄膜，作为半导体传感膜和载流子传输层。
- 纳米结构层：80 nm 本征 ZnO 纳米棒阵列，经阳极氧化铝（AAM）模板沉积，提供高比表面传感界面。
- 钝化层：光电化学（PEC）在 ZnO 纳米棒侧壁生长薄 Zn(OH)2 层，钝化悬空键和表面态。
- 封装层：环氧树脂（epoxy resin）封装传感膜，仅暴露活性传感区。
- 酶固定化层：3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷（GPTS）与甲苯旋涂并烘烤，形成偶联固定化层。
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（GOD，100 U/mg）固定于 GPTS 层，催化葡萄糖氧化并产生 H+。
- 读出电极/器件：Ag/AgCl 参考电极与商用 MOSFET（CD4007）用于施加偏置并读取漏源电流。
中文摘要
本文采用气相冷却冷凝系统沉积高质量本征氧化锌（ZnO）薄膜和本征 ZnO 纳米棒，作为扩展栅场效应晶体管（EGFET）葡萄糖生物传感器的传感膜。所得葡萄糖生物传感器在线性范围内的传感灵敏度为 13.4 μA mM−1 cm−2。为提高 ZnO 基葡萄糖生物传感器的灵敏度，采用光电化学方法对 ZnO 纳米棒的侧壁表面进行钝化。在相同测量条件下，钝化 ZnO 纳米棒的葡萄糖生物传感器灵敏度显著提高至 20.33 μA mM−1 cm−2。实验结果表明，灵敏度的提升源于减轻了 ZnO 纳米棒侧壁表面悬空键和表面态引起的费米能级钉扎效应，从而改善了电解质/半导体界面能带对齐及 pH 响应。
英文摘要
A vapor cooling condensation system was used to deposit high quality intrinsic ZnO thin films and intrinsic ZnO nanorods as the sensing membrane of extended-gate field-effect-transistor (EGFET) glucose biosensors. The sensing sensitivity of the resulting glucose biosensors operated in the linear range was 13.4 μA mM(-1) cm(-2). To improve the sensing sensitivity of the ZnO-based glucose biosensors, the photoelectrochemical method was utilized to passivate the sidewall surfaces of the ZnO nanorods. The sensing sensitivity of the ZnO-based glucose biosensors with passivated ZnO nanorods was significantly improved to 20.33 μA mM(-1) cm(-2) under the same measurement conditions. The experimental results verified that the sensing sensitivity improvement was the result of the mitigation of the Fermi level pinning effect caused by the dangling bonds and the surface states induced on the sidewall surface of the ZnO nanorods.