组成图示
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传感器类型
其他（EISCAP与微机械悬臂梁生物传感器）
检测对象
甘油三酯（triglyceride, TG；模型物三丁酸甘油酯 tributyrin, TB）；样品基质：磷酸盐缓冲液（EISCAP）或去离子水（微悬臂梁）
检测原理
脂肪酶识别并水解三丁酸甘油酯，生成丁酸和甘油。EISCAP 中，丁酸使溶液 pH 下降，Si3N4 表面电荷状态改变，半导体-绝缘体界面平带电压发生偏移；通过 C-V 曲线中 Ubias 的变化读出，ΔUbias 随甘油三酯浓度在 1–7 mM 内近似线性。微悬臂梁中，水解产物增加溶液黏度和密度，使振动悬臂梁的附加质量与流体阻尼增大，谐振频率下降；频率变化随产物浓度在 10–100 μM 范围内响应。酶可通过 APTES/戊二醛共价固定，实现催化放大与在线动力学监测。
检测灵敏度
检出限: 未明确报告；EISCAP 最低响应约 0.5 mM（500 μM），摘要称低浓度灵敏度受限于 1 mM；微悬臂梁最低检测 10 μM；线性范围: EISCAP 1–7 mM，微悬臂梁 10–100 μM（频率由约 48 kHz 降至 28 kHz）；灵敏度: EISCAP 5 mM 时 45 min 内 ΔUbias 29.9 mV（pH 6.97→5.54），微悬臂梁 10–100 μM 谐振频率由 ~48 kHz 降至 28 kHz；R^2: 未报告。
效应效果
两种传感器均可重复、可靠，可重复使用至化学腐蚀或机械损坏，用去离子水清洗后真空保存。EISCAP 在 1–7 mM 三丁酸甘油酯范围内线性，低于 0.5 mM 因缓冲液抑制 pH 变化而不可测；5 mM 酶固定 EISCAP 45 min 内 ΔUbias 29.9 mV，前 20 min 完成 79.9% 反应。微悬臂梁无需缓冲液，可检测 10 μM，10–100 μM 谐振频率由约 48 kHz 降至 28 kHz；100 μM 酶固定悬臂梁频率从 46.2 kHz 降至 30 min 的 38.8 kHz，前 20 min 完成 83.04% 反应。测量时间约 15 s（C-V）和 20 s（谐振）。作者认为微悬臂梁适合细胞内甘油三酯监测。
传感器的构成
- 基底/换能器：p型单晶硅(100)晶圆（EISCAP 半导体基底）与多晶硅微悬臂梁（200 μm×20 μm×2 μm，机械谐振换能器）
- 绝缘/敏感层：热氧化 SiO2 与 PECVD Si3N4 叠层，作为 EISCAP 的 pH 敏感介电层
- 表面修饰层：3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）硅烷化，提供氨基用于酶固定
- 交联/识别元件：戊二醛（glutaraldehyde）活化 APTES 氨基，共价固定脂肪酶（lipase，Pseudomonas cepacia）
- 反应介质：磷酸盐缓冲液（PB，1 mM，pH 7，含 1 M KCl）或去离子水，用于溶解三丁酸甘油酯（tributyrin）并支持酶水解
- 信号读出：HP 4274A LCR 表测量 EISCAP 的 C-V/平带电压偏移；多普勒振镜（Doppler vibrometer）测量微悬臂梁谐振频率
中文摘要
本文报道并比较两种硅基甘油三酯生物传感器：电解质-绝缘体-半导体电容器（EISCAP）和多晶硅微悬臂梁。两者均利用脂肪酶水解短链甘油三酯三丁酸甘油酯，但换能机制不同。EISCAP 通过水解产物丁酸引起溶液 pH 下降，使 Si3N4 敏感层界面电荷改变，导致平带电压偏移，并用电容-电压（C-V）特性读出；微悬臂梁则因水解产物使溶液黏度和密度增加，引起附加质量与阻尼变化，使谐振频率下降。EISCAP 需要缓冲液维持稳定测量，低浓度灵敏度受限于约 1 mM；微悬臂梁无需缓冲液，可检测低至 10 μM 的三丁酸甘油酯。两种传感器均可重复、可靠，并可通过 APTES/戊二醛共价固定脂肪酶实现水解动力学在线监测。微悬臂梁的 μM 级检测能力使其适合细胞内甘油三酯监测。
英文摘要
Sensitive biosensors for detection of triglyceride concentration are important. In this paper we report on two types of silicon based triglyceride sensors: an electrolyte-insulator-semiconductor capacitor (EISCAP) which is a potentiometric device and a polysilicon microcantilever. The detection principle for both sensors is based on the enzymatic hydrolysis of triglyceride though the sensing mechanisms are different: electronic for the EISCAP and mechanical for the microcantilever. The characteristics and performances of the two sensors are critically compared. The EISCAP sensor necessitates the presence of a buffer for stable measurements which limits the sensitivity of the sensor at low concentrations of the bioanalyte to 1mM. The cantilever sensor works without a buffer which improves the lower level of sensitivity to 10 microm. Both sensors are found to give reproducible and reliable results.