过去50年，固态生物传感器领域取得显著进展。基于半导体工艺，发展出高密度集成、柔性构型的多种传感器件，并应用于血液、血清、汗液、泪液和唾液等体液中的临床诊断与健康监测。2011年，利用高密度离子敏感场效应晶体管（ISFET）阵列与酶促引物延伸反应相结合的电化学DNA测序仪实现商业化。固态生物传感器栅极表面常同时集成无机材料、金属、聚...
本文提出一种利用硅纳米线作为高灵敏度 pH 传感器 的新方法。该方法基于固定硅纳米线离子敏感场效应晶体管（ISFET）的漏极电流偏置，并将由此产生的漏极电压作为传感信号进行监测。通过精细调节注入电流水平，可根据不同传感需求优化工作条件。该方法非常适合对人体生物流体中生物标志物进行实时、连续测量。为验证该方法，作者采用真实人血清样本模...
稳定参考电极对离子敏感场效应晶体管（ISFFET）在生物/化学传感中的性能至关重要。面向微流控芯片和即时检测应用，参考电极的微型化与片上集成存在迫切需求，但现有片上电极常受分析物组成影响并出现电位漂移。本文报道了一种基于聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)（PEDOT:PSS）涂覆氧化石墨烯（GO）的微尺度固态准参考电极（p...
本文面向电化学生物传感器设计，将 Brown 酶动力学模型推广到含分布时延的情形。作者首先基于离散时延与分布时延构建多底物、多抑制剂的酶促反应动力学模型，用于描述酶与多个底物及抑制剂之间的混合抑制过程；随后针对一个底物、一个抑制剂的简化模型开展数值与实验研究。实验以固定化酶体系为基础，通过溶液电导率或离子敏感场效应晶体管（ISFET...
本文提出一种用于绝对pH传感器的综合解析模型，并给出数值仿真结果，旨在解决氧化层降解（传感界面劣化）对ISFET性能的影响以及如何实现离子活度绝对测量等关键问题。作者基于解析方程并在MATLAB中实现数值实验，重点分析耗尽层宽度随pH的变化，比较SiO2与HfO2两种介电材料。结果表明，传感器耗尽层宽度受pH强烈影响，且HfO2相比...
脱氧核糖核酸（DNA）杂交可用于检测疾病相关基因表达，是重要的分子诊断工具。已有研究利用石墨烯基离子敏感场效应晶体管（ISFET）检测DNA杂交。硅烯（silicene）是结构类似石墨烯的二维硅同素异形体，因独特的电学、力学和传感特性受到关注。本文提出一种由硅烯层和电解液层构成的ISFET结构，用于无标记检测DNA杂交。当DNA杂交...
离子敏感场效应晶体管（ISFET）生物传感器可通过无标记、实时监测实现数据采集，但血清中带电蛋白质会干扰电信号转导，使生物标志物直接定量困难。本文报道了具有预设界面电荷的蛋白封闭层（PBLs）的制备，以最小化ISFET上的非特异性蛋白结合。利用带电蛋白前体可调控PBL界面电荷，同时保留其固有电学特性：中性为血红蛋白（Hemo），正电...
3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）是氮化硅（Si3N4）表面固定生物分子的常用方法，但 APTES 浓度和反应时间会显著影响修饰效率。本研究比较了 0.1%、0.5%、1%、2%、5% 和 10% APTES 在 15、30、60 和 120 min 反应时间下的表面修饰效果，以获得薄而稳定的 APTES 层。通过接触角、傅里叶...
还原氧化石墨烯（rGO）薄膜可作为高敏感换能层，并集成到叉指微电极系统中用于生物传感。rGO 薄膜特有的双极性电学特性可被生物分子静电电荷产生的极低外部电场调制，从而在基于 rGO 的离子敏感场效应晶体管（ISFET）中产生快速读出信号。这种特征变化使 rGO ISFET 能够快速、准确且可重复地检测生物分子，与经典 ELISA 相...
呋喃酮（Furaneol，4-羟基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮）是食品中天然存在并用作人工香料的挥发性香气化合物，其检测对食品科学与加工工业具有重要意义。本研究采用捕获式系统进化配体指数富集（Capture-SELEX）方案，从单链 DNA 文库中筛选能够结合呋喃酮的适配体。共进行 13 轮筛选，将所得 DNA 池经平末端克...
报道了采用超薄聚对二甲苯-H（parylene-H）作为栅极传感膜的硅纳米网离子敏感场效应晶体管（ISFET）的电学特性与pH响应。器件表现出优异直流特性：亚阈值摆幅85 mV/dec，开/关电流比约10^7，栅极漏电流约10^-10 A；界面态密度1.04×10^12 cm^-2，场效应迁移率510 cm^2 V^-1 s^-1。...
本文报道一种名为 Proton-ELISA（H-ELISA）的电化学免疫检测平台，用于生物分析物检测。该平台独特地以质子作为免疫检测介质，通过葡萄糖氧化酶（GOx）与 Fenton 试剂耦合的质子放大反应级联产生高度放大的信号。作者还开发了质子敏感双栅离子敏感场效应晶体管（DG-ISFET）传感器，用于灵敏、准确地检测 H-ELIS...
本研究通过Capture-SELEX筛选获得香兰素适配体，并基于离子敏感场效应晶体管（ISFET）构建适配体传感器。从六个候选序列中选出亲和力最高的单链DNA适配体Van_74，其在2 mM香兰素存在下可从固相载体上洗脱35%。非变性PAGE分析表明，Van_74与香兰素的解离常数大于7.8 μM，并相对于苯甲醛、愈创木酚、呋喃酮、...
适配体与小分子靶标相互作用的电化学检测常因信号弱而灵敏度不足。本文报道一种基于离子敏感场效应晶体管（ISFET）的香兰素（vanillin）适配体传感器，并利用 Bsm DNA 聚合酶反应实现信号放大。香兰素适配体 Van_74 通过点击化学固定在 ISFET 敏感表面，并与短 DNA 探针 DP 杂交；加入香兰素后，适配体结合目标...
本文综述了场效应晶体管（FET）生物与化学传感器的检测原理。针对即时检测对离子和分子检测在灵敏度、特异性和稳健性方面的需求，电子检测有望实现微型化、原位检测，并可与现有电子制造工艺集成，适合多路复用和并行检测。文章首先介绍所有电位型传感器共同遵循的基本检测原理，即传感界面电荷变化引起界面电位偏移，并通过栅极场效应调制晶体管电流；随后...
为实现真实无标记生物检测应用，本文采用纳米压印光刻、各向异性湿法刻蚀和光刻相结合的高通量自上而下纳米制造工艺，制备了具有高度一致传感特性的纳米离子敏感场效应晶体管（nanoISFET）阵列。新设计的阵列芯片包含32根高长径比硅纳米线（SiNW），平行排列为8个单元组，并连接至高掺杂Π形公共源和独立漏接触。精心设计的接触线使各通道馈线...
感染性疾病的及时、准确诊断是当前现代医学面临的重大挑战之一。开发创新技术，以便在即时检测点使用低成本、便携仪器快速、准确鉴定细菌病原体，至关重要。我们开发了一种新型全电子生物传感器，能够在10分钟内识别细菌。该技术利用细菌天然产生的蛋白毒素——细菌素作为选择性生物识别元件，将其与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺中的钾离子选择性传...
离子敏感场效应晶体管（ISFET）是构建生物场效应晶体管（BioFET）生物传感器的基本结构。为优化 BioFET 设计与制备工艺，需要建立工艺参数与器件电学响应的关联，器件级模拟可提供有效手段。本文提出利用 Synopsys Sentaurus TCAD 工具对用于生物传感的 ISFET 结构进行数值模拟。由于标准 TCAD 材料...
核酸扩增是分子生物学、临床诊断、食品安全和环境检测中分析痕量核苷酸的金标准技术。近年来，相比传统光学方法，电学与电化学监测因更易于实现现场检测而受到关注，因为实验室外核酸传感需求不断增长。过去十年，多种电学与电化学技术与不同扩增方法（包括等温扩增）相结合，用于实时监测核酸扩增过程。本文综述了核酸扩增的电学与电化学监测最新进展，包括 ...
本文报道了一种基于脲酶抑制效应的精氨酸检测生物传感器。该传感器以离子选择性场效应晶体管（ISFET）作为换能器，利用戊二醛蒸气将脲酶固定于敏感栅表面，形成生物识别膜。脲酶催化尿素水解并改变膜内质子浓度，ISFET 的 Si3N4 敏感层将 pH 变化转换为栅极电位信号。研究通过多种加样顺序和对照实验证实精氨酸可竞争性抑制脲酶活性，且...