组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
DNA（互补DNA、SNP）、蛋白质/抗原（Hb、HbA1c、MBP）、酶/底物（尿素 urea、ATP、多巴胺 dopamine、麦芽糖 maltose、腺苷 adenosine、青霉素 penicillin、有机磷/氨基甲酸酯农药）、活细胞/细菌代谢（葡萄糖 glucose）；样品基质：缓冲液、全血、血液、细胞培养液、环境水样、化妆品样品。
检测原理
ISFET以MOSFET为基础，用离子敏感膜、电解液和参比电极替代金属栅极。当探针DNA杂交、适配体结合、抗原-抗体结合或酶/细胞固定于栅极绝缘层时，生物分子表面电荷或酶促反应产生的H+改变界面电位；该电位调制半导体沟道载流子浓度，使漏极电流IDS或阈值电压VTH发生可测变化。酶体系通过催化产H+实现放大，POD-H2O2可进一步产生pH变化；导电聚合物/纳米粒子、DEP聚集和RISFET介电泳捕获可增强识别与信号。信号随被测物浓度增加而单调变化，实现无标记电学读出。
检测灵敏度
综述未给出统一LOD/线性范围；文中代表性数值：LOD: approximately 5 × 10−5 M（腺苷适配体）；LOD: 7 × 10−5 M（多巴胺）；线性范围: 0.05–20 mM（尿素）；线性范围: 0.1 to 30 U/mL（酯酶活性）；灵敏度: 46 mV/pH（pH-ISFET）
效应效果
ISFET可无标记、实时、低成本电学检测，并易于微型化集成。DNA-ISFET可区分错配，文中报道最多区分3个错配，有望用于SNP检测；适配体-ISFET对腺苷特异，不响应胞苷。免疫-ISFET受Debye长度限制，抗体结合常在栅极表面约10 nm外，临床应用受限。酶-ISFET受缓冲液pH/缓冲容量影响；尿素-ISFET线性0.05–20 mM、响应5–10 min，酯酶-ISFET线性0.1–30 U/mL，稳定性与重现性较好。细胞-ISFET可非破坏监测代谢与pH，16×16阵列灵敏度46 mV/pH。作者认为可用于临床诊断、环境监测和POCT。
传感器的构成
- 基底/换能器：硅基ISFET（Si-FET），含源极、漏极和半导体沟道，提供漏极电流/阈值电压电学换能
- 栅极绝缘层：SiO2、Si3N4、Al2O3、Ta2O5等，作为离子敏感膜，感应H+或生物分子表面电荷
- 表面固定层：3-aminopropyltriethoxysilane、glutaric dialdehyde、胺基连接分子、聚吡咯（PPy）-金纳米粒子（Au NPs）、磁性镍铁氧体纳米粒子、LPhPC光聚合膜，用于共价固定或增强固定
- 识别元件：探针DNA、适配体（aptamer）、抗体、酶（脲酶、胆碱酯酶、胰蛋白酶、酪氨酸酶、青霉素酶）或活细胞/细菌，实现特异性识别
- 信号标记/放大：无标记（label-free）为主；部分体系用过氧化物酶（POD）-H2O2或酶催化产生H+，放大pH/电荷信号
- 参考电极：参比电极/伪参考电极，与电解液共同构成离子敏感界面
- 读出层：源漏电流（IDS）、阈值电压（VTH）、C-V或I-V曲线，用于电学读出
中文摘要
近年来，场效应晶体管（FET）型生物传感器在高灵敏度生物检测中取得显著进展。其中，离子敏感场效应晶体管（ISFET）是电学生物传感技术中最具吸引力的方向之一。本文综述了近年来ISFET生物传感器的主要研究进展，系统介绍了其基于栅极绝缘层界面电位或pH响应的工作机理，并讨论了DNA杂交、免疫识别、酶促反应和活细胞代谢等生物识别体系在ISFET上的应用。文章进一步分析了无标记电学读出、微型化集成、选择性、稳定性、Debye屏蔽长度以及缓冲液影响等关键问题，展望了ISFET在DNA、蛋白质、酶和细胞等生物分子可靠、灵敏分析中的应用前景，旨在推动ISFET生物传感器在临床诊断、环境监测和即时检测中的发展。
英文摘要
In recent years there has been great progress in applying FET-type biosensors for highly sensitive biological detection. Among them, the ISFET (ion-sensitive field-effect transistor) is one of the most intriguing approaches in electrical biosensing technology. Here, we review some of the main advances in this field over the past few years, explore its application prospects, and discuss the main issues, approaches, and challenges, with the aim of stimulating a broader interest in developing ISFET-based biosensors and extending their applications for reliable and sensitive analysis of various biomolecules such as DNA, proteins, enzymes, and cells.