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
双酚A（BPA）；样品基质：水样/水溶液（10% PBS in Milli-Q water）
检测原理
该传感器采用无标记FET机制。CVD生长的SWCNT网络作为半导体沟道，ER-α通过物理吸附固定在其表面，PBSTG封闭层覆盖未结合区域以减少非特异吸附。当水样中的BPA与ER-α结合时，BPA酚羟基与受体结合位点形成氢键，并伴随疏水和空间作用，使ER-α构象或界面状态改变。该识别事件增强受体向SWCNT的电荷转移，改变SWCNT沟道载流子浓度、迁移率或金属-SWCNT接触肖特基势垒，从而调制源漏电流。在Vsd=0.25 V下扫描栅压Vg，BPA浓度升高使负栅压区电流下降更明显，约至4.38×10−7 M后趋于饱和。
检测灵敏度
最低检测浓度: 2.19 × 10−12 M；检测浓度范围: 2.19 × 10−12 M–4.38 × 10−4 M；显著响应范围: 至约 4.38 × 10−7 M；电流相对下降: 5.23%（2.19 × 10−12 M）至67.94%（4.38 × 10−7 M）
效应效果
该CNT-FET在2 min内完成BPA检测，0.5 min即可发生识别响应。三次重复测量最大RSD为0.43%（4.38×10−11 M）。选择性方面，10−5 M的荧蒽、五氯硝基苯和马拉硫磷均不引起电学响应；在4.95×10−6 M荧蒽存在下仍可检测4.38×10−12、4.38×10−9、4.38×10−6和4.38×10−5 M的BPA。室温储存至少4天仍保持响应。与酵母双杂交（LOD 1.75×10−9 M，6 min）、电位法（2.63×10−9 M，5 min）和光学免疫传感器（6.13×10−11 M，15 min）相比，本方法达到皮摩尔级且更快。作者认为其可作为无标记小分子检测平台。
传感器的构成
- 基底与栅电极：重掺杂n型硅衬底（n-Si），背面铝（Al）栅电极，用于形成FET栅压调制。
- 绝缘层：热生长二氧化硅（SiO2，500 nm），隔离栅极并承载SWCNT网络。
- 源漏电极：铬/金（Cr/Au，2/30 nm）光刻电极，间距2.5 μm，与SWCNT网络接触形成源漏电流路径。
- 纳米导电沟道：化学气相沉积（CVD）单壁碳纳米管（SWCNT）网络，约70%为半导体管，密度约1.5管/μm²，作为换能通道。
- 识别元件：人雌激素受体α（ER-α），10 mg/L PBS中过夜吸附于SWCNT表面，特异性识别BPA。
- 封闭保护层：PBSTG（PBS中0.05% Tween 20和0.8%明胶），室温3 h封闭SWCNT空隙，防止非特异性吸附。
- 信号标记物：无标记（label-free），BPA结合ER-α后直接引起电学信号变化。
- 读出系统：Agilent 4157A半导体参数分析仪与探针台，测量源漏电流I随栅压Vg变化（Vsd=0.25 V）。
中文摘要
本文报道了一种用于水样中快速、超灵敏且选择性测定双酚A（BPA）的生物传感器。该器件以场效应晶体管（FET）为基础，采用化学气相沉积制备的单壁碳纳米管（SWCNT）网络作为半导体导电沟道。作者首次将核受体——人雌激素受体α（ER-α）吸附固定于SWCNT表面，作为识别BPA的生物识别元件，并用含Tween 20和明胶的PBSTG缓冲液封闭纳米管空隙，以抑制干扰物的非特异性吸附。检测时，将功能化CNT-FET浸入含BPA的水溶液中2 min，随后冲洗、干燥并进行干态电学表征。BPA与ER-α特异性结合后引起界面电荷转移和沟道电导变化，使源漏电流下降。该传感器可在2 min内检测皮摩尔级BPA，最低检测浓度为2.19×10−12 M，并对荧蒽、五氯硝基苯和马拉硫磷等常见水污染物表现出良好选择性。
英文摘要
In this paper we report a biosensor for the fast, ultrasensitive and selective determination of bisphenol A in water. It is based on a field effect transistor (FET) in which a network of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) acts as the conductor channel. SWCNTs are functionalized for the first time with a nuclear receptor, the estrogen receptor alpha (ER-alpha), which is adsorbed onto the SWCNTs and acts as the sensing part of the biosensor. SWCTNs are subsequently protected to prevent the non-specific binding of interferences. With this biosensor we can detect picomolar concentrations of BPA in only 2 min of analysis. Selectivity has been tested against possible interferences such as fluoranthene, pentacloronitrobenzene and malathion, and this is the first device that experimentally shows that small molecules can also be selectively detected at ultralow concentrations using a CNTFET biosensor.