组成图示
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传感器类型
其他（CMOS集成FBAR压电生物传感器）
检测对象
互补 DNA（complementary DNA）、CALCA PCR 产物（CALCA PCR product）、PTGS2 PCR 产物（PTGS2 PCR product）；样品基质：PBS 缓冲液、1:100 稀释人血清（human blood serum）
检测原理
该传感器为无标记质量传感。金表面通过二硫键自组装固定 S-S-CALCA 或 S-S-PTGS2 DNA 探针，并用 Lipa-DEA 封闭裸露金以降低非特异吸附。当样品中的互补 DNA 或 PCR 产物与探针杂交时，界面质量增加，同时可能改变黏弹性。c 轴倾斜 ZnO 压电层以厚度剪切模式工作，表面质量使约 800 MHz 的谐振频率下降。CMOS 读出电路通过 VCO 扫描阻抗并锁定并联谐振点，数字计数器连续记录频率偏移，因此信号随被测物浓度增加而增大。多像素点阵可同步检测不同序列，无需荧光或酶标记放大。
检测灵敏度
LOD: 0.42/1.5 ng/cm² (CMOS-integrated FBAR best/average)；LOD: 0.41 ng/cm² (passive FBAR)；LOD: 0.38 ng/cm² (QCM)；LOD: 0.06 ng/cm² (SPR)；Mass sensitivity: 7.13 ppm cm²/ng (CMOS-integrated FBAR)；5.63 ppm cm²/ng (passive FBAR)；61.1 ppb cm²/ng (QCM measured)；22.7 ppb cm²/ng (QCM Sauerbrey)；10 RU cm²/ng (SPR)；Noise level (3σ): 3.0/10.8 ppm (CMOS best/average)；2.3 ppm (passive FBAR)；23 ppb (QCM)；0.63 RU (SPR)
效应效果
与SPR、QCM相比，FBAR质量灵敏度约7.13 ppm cm²/ng，比QCM高近两个数量级，但噪声也高近两个数量级；质量LOD为0.42/1.5 ng/cm²（最佳/平均），与QCM（0.38 ng/cm²）和被动FBAR（0.41 ng/cm²）相近，SPR为0.06 ng/cm²。DNA检测中，64像素同步读出，互补CALCA杂交产生-332±3 kHz，PTGS2为-130±10 kHz，非互补低于噪声；1:100血清加标1 μM CALCA产生-360±20 kHz，PTGS2为-130±20 kHz，10 mM NaOH-0.1% SDS可再生。10 pM–1 μM滴定在1 nM及以下未见明显非特异吸附，作者认为其低成本、低液耗、高多路。
传感器的构成
- 基底/读出电路：0.35 μm CMOS 晶圆，集成 VCO、数字计数器、接口与本地控制，用于逐像素读取谐振频率
- 声学隔离层：acoustic mirror，将 FBAR 与 CMOS 基底声学隔离，减少基底损耗
- 压电换能层：c 轴倾斜 ZnO 薄膜（c-axis inclined ZnO），以厚度剪切模式（TSM）工作，基频约 800 MHz
- 电极层：上下电极夹持 ZnO，上电极为 Au 表面，作为谐振激励与生物识别界面
- 识别元件：5′-二硫代修饰 DNA 探针 S-S-CALCA 与 S-S-PTGS2（7 μM），通过二硫键自组装于 Au 表面
- 封闭/抗非特异层：Lipa-DEA（N,N-bis(2-hydroxyethyl)-D-lipoamide，700 μM），与探针共点样并封闭裸露 Au
- 流路/封装：约 10 μl 流池与印刷电路板封装，支持手动注射和液体交换
中文摘要
无标记生物传感器的通量是重要参数。石英晶体微天平（QCM）等声学谐振器因可同时使用的传感器数量有限而通量较低。本文报道了一种由64个薄膜体声波谐振器（FBAR）组成的CMOS集成阵列，用于无标记生物传感。每个FBAR像素下方集成专用阻抗式读出电路，包括电压控制振荡器（VCO）、数字计数器和接口控制模块，通过扫描VCO控制值获取谐振频率，从而降低对昂贵网络分析仪的依赖。作者以牛血清白蛋白（BSA）吸附比较FBAR、QCM和表面等离子共振（SPR）的质量响应，并展示该芯片在缓冲液和稀释人血清中对DNA的多路检测。结果表明，该器件可在较小面积内实现高多路、低成本、低液耗的无标记生物分子相互作用分析。
英文摘要
The throughput is an important parameter for label-free biosensors. Acoustic resonators like the quartz crystal microbalance have a low throughput because the number of sensors which can be used at the same time is limited. Here we present an array of 64 CMOS-integrated film bulk acoustic resonators. We compare the performance with surface plasmon resonance and the quartz crystal microbalance and demonstrate the performance of the sensor for multiplexed detection of DNA.