组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
2-丙醇（2-propanol），样品基质为0.1 M PBS缓冲液（室温）
检测原理
该传感器以2-ADH为酶识别/催化元件，以TBO为电子媒介体，以NADP+为辅因子，构建在Au电极表面的生物电化学界面。当样品中的2-丙醇进入界面时，2-ADH催化其氧化为丙酮，同时NADP+被还原为NADPH。TBO在还原态辅因子/酶与金电极之间传递电子，使电极表面发生可逆氧化还原反应。片上CMOS恒电位仪对三电极体系施加三角波电位，工作电极上的法拉第电流由SC电荷积分器转换为电压，再经PGA和ADC读出。2-丙醇浓度越高，酶催化产生的还原态电子供体越多，氧化峰电流越大，因此峰电流与底物浓度呈线性关系。
检测灵敏度
灵敏度斜率: 0.62 μA/mM（原文单位符号缺失，按上下文）；R = 0.9989；输入电流范围: 6 pA–10 μA；线性误差 <0.6%；实验浓度点: 5、15、25 mM
效应效果
原型系统在0.1 M PBS中检测2-丙醇，5、15、25 mM浓度下氧化峰电流随浓度线性增加，R=0.9989；片上恒电位仪测得的灵敏度0.62 μA/mM与商用台式仪器对同一界面的测量值相当。恒电位仪支持6 pA至10 μA宽输入电流范围，线性误差小于0.6%，5 V供电下功耗低于0.6 mA，芯片面积2.3 mm×2.2 mm。论文未报告选择性、抗干扰、稳定性、RSD或实际样品加标回收率。作者认为该平台可克服生物识别元件与微电子接口难题，适合构建低成本、高密度、可连续使用的片上蛋白生物传感器阵列。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃或CMOS芯片表面，5 nm Ti粘附层与100 nm Au工作/对/准参比电极，提供导电通路和生物界面固定
- 钝化/流体结构：交联SU-8光刻胶覆盖并开窗，形成储液池，防止Ti腐蚀和边缘漏电
- 识别/固定层：3-巯基丙酸（MPA）自组装单层，将生物界面锚定到Au电极
- 电子媒介体：甲苯胺蓝O（TBO），介导酶/辅因子与电极间电子传递
- 辅因子：NADP+，作为2-ADH辅因子参与氧化还原
- 酶催化/识别元件：2-ADH（secondary alcohol dehydrogenase），催化2-丙醇氧化并产生电化学响应
- 读出电子：0.5 μm CMOS片上恒电位仪与安培读出电路（SC积分器、PGA、ADC、CDS），将电流转为电压并数字化
- 外部控制/记录：NI USB-6259 DAQ与LabVIEW，产生扫描电位并记录输出
中文摘要
本文提出一种用于微型化蛋白生物传感器阵列的安培电化学微系统平台。该平台可同时对多个生物电化学界面进行片上安培读出。作者描述了与互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的后工艺，用于制备平面电极阵列，并在电极表面自组装生物传感器界面。片上0.5 μm CMOS读出电路包含紧凑恒电位仪，可支持6 pA至10 μA的宽输入电流范围，以适应不同生物传感器界面。芯片尺寸为2.3 mm×2.2 mm，在5 V供电下功耗约0.6 mA。作者利用循环伏安法对包含片上恒电位仪和微型化生物传感器阵列的原型电化学传感器平台进行表征。目标分析物浓度与氧化峰电流之间呈良好线性关系，验证了系统功能，并展示了该平台在未来高灵敏度、低成本、片上蛋白生物传感器阵列中的应用潜力。
英文摘要
Protein-based bioelectrochemical interfaces offer great potential for rapid detection, continuous use, and miniaturized sensor arrays. This paper introduces a microsystem platform that enables multiple bioelectrochemical interfaces to be interrogated simultaneously by an onchip amperometric readout system. A post-complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) fabrication procedure is described that permits the formation of planar electrode arrays and self assembly of biosensor interfaces on the electrodes. The onchip, 0.5-mum CMOS readout electronics include a compact potentiostat that supports a very broad range of input currents-6 pA to 10 muA-to accommodate diverse biosensor interfaces. The 2.3 times 2.2-mm chip operates from a 5-V supply at 0.6 mA. A prototype electrochemical sensor platform, including an onchip potentiostat and miniaturized biosensor array, was characterized by using cyclic voltammetry. The linear relationship between the oxidization peak values and the concentrations of target analytes in the solution verifies functionality of the system and demonstrates the potential for future implementations of this platform in high sensitivity, low cost, and onchip protein-based sensor arrays.