周 瑩，張國軍，李玉桃

(湖北中醫(yī)藥大學檢驗學院，湖北武漢 430065)

1 引言

細胞是生命的起源，是生命體結構與生命活動的基本單元。而細胞間信息與信號傳導是實現(xiàn)生命活動的基礎。信號通路的傳導異常會導致多種系統(tǒng)疾病，因此監(jiān)測胞間信號分子的釋放，及細胞電生理的變化對闡明信號轉導通路，疾病的早期診斷與治療具有重要意義[1,2]。近年來，多種檢測手段及成像技術飛速發(fā)展，在細胞研究方面取得了極大的進展。如細胞膜片鉗技術[3]、微電極電化學檢測技術[4]等在檢測細胞電生理和細胞信號傳導方面發(fā)揮了重要作用。然而細胞膜片鉗技術雖然精度高，但需要經驗豐富的人員進行高精密的操作，難以實現(xiàn)高通量檢測。電化學微陣列傳感器雖然可以實現(xiàn)高通量檢測，但僅限于電活性物質，限制了其應用范圍。此外熒光技術[5]也用于胞內信號傳導示蹤，然而熒光染料的細胞毒性不可忽視，光漂白性也對長時間的觀察帶來阻礙。

近年來，基于場效應晶體管(FET)的生物傳感器因具有免標記、靈敏度高、特異性好、響應快速、易于集成等優(yōu)勢引起眾多研究人員的關注。FET在細胞水平的應用可追溯于1991年，F(xiàn)romherz等[6]將水蛭神經元置于柵介質上，使輸出的電流受動作電位的調節(jié)，成功檢測其細胞膜電位。如今，隨著科技的發(fā)展與研究人員的不斷努力，F(xiàn)ET生物傳感器已經成為細胞分析領域重要的檢測工具。與傳統(tǒng)電化學傳感平臺相比，F(xiàn)ET生物傳感器件不受電活性物質的限制，單純是靶標分子自帶電荷引起的傳感信號，可以做到免標記與實時檢測。并且，F(xiàn)ET傳感器僅在0.1 V低偏壓下工作，幾乎不會對細胞造成影響(而其他的電化學傳感器檢測電壓則大于0.5 V)。這些突出的優(yōu)勢都使得FET生物傳感器成為細胞研究的重要工具。

2 場效應晶體管生物傳感器概述

2.1 場效應晶體管生物傳感器的構造及用于細胞檢測的傳感機制

FET生物傳感器由信號轉導放大的FET元件和生物信號識別元件兩部分組成，將分子間的相互作用轉化為可測量的電學信號。FET器件通常由沉積在襯底材料的源極、漏極以及施加柵壓的柵極三個電極構成，使用半導體材料連接源、漏電極構成導電溝道。柵極施加的柵壓可調節(jié)溝道電流，控制器件的“開”和“關”。溝道電流在柵極的調控下可放大輸出，所以FET器件自身有放大電學信號的特點，適合作為生物傳感器的電學轉化元件。生物分子對溝道電導微小的變化可通過FET放大輸出，極大的提高了其靈敏度。為了實現(xiàn)對生物分子的傳感，通常在溝道上修飾生物識別分子捕獲靶標分子，靶標分子與溝道材料相互作用改變溝道電導，輸出電特性變化。由于納米材料具有高比表面積，所以使用納米半導體材料作為溝道的FET器件，尤其是單層納米材料，幾乎每個原子都可與生物分子相互作用，因此微量的靶標分子就能使納米溝道的電導發(fā)生顯著改變，這是FET型生物傳感器高敏感的基礎[7]。

為了實現(xiàn)細胞水平動態(tài)檢測，通常選擇生物相容性好的納米材料(如石墨烯、碳納米管等)以及性質穩(wěn)定的硅基底。將細胞培養(yǎng)在傳感器表面，使用Ag/AgCl電極作為柵極調控溝道內電流。當細胞釋放的信號分子在傳感器表面擴散時，帶電生物分子與溝道表面通過親和性結合或者吸附聚集在溝道表面，產生靜電柵控效應或電荷摻雜效應從而改變溝道電導[7,8]，輸出電流或者電導變化，實現(xiàn)細胞水平對生物分子的實時監(jiān)測。

2.2 場效應晶體管生物傳感器的制備流程及其用于生物檢測

2.2.1 常用納米材料的制備納米材料在物理、化學、光學、電學方面的獨特性能使其成為傳感器應用的候選材料。目前FET傳感器中常用的納米材料有硅納米線(SiNW)、碳納米管(CNTs)、石墨烯、MoS2。其中SiNW組件的合成方法可分為“自上而下”的刻蝕法和“自下而上”的化學氣相沉積(CVD)生長法[9,10]。相比之下，CVD生長法更具優(yōu)勢，因其可產生直徑小、質量高的單晶納米線，但后續(xù)需要對其進行排列。CNTs的合成主要有三種方法:電弧放電法[11]、激光燒蝕法[12]、CVD法[13]。FET器件中用到的為半導體CNTs，需要從金屬管的混合物中分離。石墨烯的制備方法主要有機械剝離法[14]、碳化硅外延生長法[15]、CVD生長法[16]和還原氧化石墨烯法[17]。其中CVD法生長的石墨烯缺陷最小；還原的氧化石墨烯(RGO)并未將氧化石墨烯中所有的sp3缺陷恢復成sp2鍵，因此只能恢復部分電學性能。MoS2的制備方法主要分為微機械剝離法、鋰離子插層法、液相超聲法和CVD法[18]。CVD法制備的二維MoS2納米片具有優(yōu)異的電學性能，然而均勻的大面積合成仍需努力。此外，也有其他的一些有機材料用于制備有機場效應晶體管，這里暫不做討論。

2.2.2 場效應晶體管生物傳感器的制備FET芯片采用標準的光刻技術，如紫外光刻和電子束光刻將源極和漏極圖案化到襯底上，再用金屬蒸鍍技術沉積兩個金屬電極，最后將合成的納米半導體材料轉移到襯底上作為導電溝道連接源、漏電極制得場效應晶體管器件。采用微納半導體制備技術，可以實現(xiàn)FET芯片低成本、批量制造。為了實現(xiàn)對靶標分子的特異性響應，需將生物識別元件，包括抗體、受體、酶、核酸適配體等固定在半導體溝道上，使之可以特異性的捕獲或者催化待測的靶標分子，又稱為表面功能化，主要分為以共價鍵結合為主的化學修飾法，和以π-π堆積、靜電作用力吸附為主的物理修飾法。例如化學修飾法中，偶聯(lián)劑3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)可在SiNW表面引入氨基，抗體中的羧基可與其形成酰胺鍵穩(wěn)定固定在硅基表面。物理吸附的典型例子是帶負電的DNA探針可通過靜電作用力吸附在帶正電荷的傳感器表面，但需避免非特異性吸附[19,20]。根據溝道材料與生物識別元件的特性，選擇合適的方法實現(xiàn)表面功能化。

2.3 場效應晶體管生物傳感器在核酸和蛋白質檢測方面的應用

核酸是生物的遺傳物質，蛋白質是生命的物質基礎。近十年來，發(fā)展了多種FET生物傳感器用于核酸和蛋白質的檢測。對于DNA的檢測多采用序列特異性雜交的檢測策略，即在傳感溝道上固定與靶標DNA序列完全互補的探針分子，通過堿基互補配對特異性捕獲靶標DNA。Cai等[17]報道了一種基于RGO的FET生物傳感器檢測DNA，使用電中性的肽核酸(PNA)作探針分子，減小了兩條雜交鏈之間的靜電斥力，提高了雜交效率，檢測限達到100 fmol/L。Zheng等[16]開發(fā)了一種基于CVD生長的單層石墨烯FET生物傳感器用于檢測DNA，由于單層石墨烯溝道增大了比表面積，將靈敏度提升了一個數量級，檢測限達到了10 fmol/L。Liu等[21]使用CVD生長的單層MoS2構建的FET生物傳感器檢測唐氏綜合征相關的DNA片段，規(guī)避了石墨烯類FET器件電流難以完全關斷的問題。并且在固定DNA探針之前使用金納米顆粒(Au NPs)修飾MoS2溝道，增大溝道表面積以結合更多的DNA探針，檢測限進一步提升，低至0.1 fmol/L，可以對孕產婦進行產前篩查，降低唐氏患兒的出生率。

對于蛋白的檢測多采用抗體作為識別分子，利用抗原抗體的特異性結合，實現(xiàn)對蛋白質的選擇性檢測。Lei等[22]開發(fā)了一種集成型FET生物傳感器，結合自制的過濾器，能夠直接檢測全血中的腦鈉肽(BNP)，具有較高的靈敏度和特異性。此外，作者使用鉑納米顆粒(Pt NPs)修飾RGO溝道，一方增大了比表面積，另一方面也增強了溝道的導電性，最終BNP的檢測限為100 fmol/L。Okamoto等[23]構建了基于機械剝離的單層石墨烯FET生物傳感器，可以對熱休克蛋白(HSPs)進行特異性檢測。作者使用IgG抗體中抗原結合位點的Fab片段作HSPs識別分子，其尺寸僅為3～5 nm，使靶標蛋白更接近傳感溝道表面，減小電荷屏蔽作用，該傳感器的檢測限為100 pmol/L。

FET傳感器免標記的特點使核酸和蛋白的檢測步驟簡化，縮短了檢測時間，避免了生物靶標分子的失活與分解。此外，其微型化的尺寸易于與其他系統(tǒng)集成，實現(xiàn)高通量檢測。結合FET傳感器自身超高的靈敏度和良好的特異性，在疾病標志物的早期檢測方面有潛在的應用前景。

3 場效應晶體管生物傳感器在細胞檢測中的應用

3.1 細胞生理電信號檢測

電興奮性細胞受到刺激時膜離子通道打開，胞內外離子跨膜流動產生生理電信號調節(jié)細胞活動，若細胞放電異常會導致相應系統(tǒng)疾病，如癲癇、心臟驟停等威脅生命健康。因此需在細胞層面對細胞生理電信號進行檢測，為闡明疾病的發(fā)生機制提供幫助。

Lieber課題組[24]使用摻雜技術在合成的銳角SiNW上構建FET，并將合成的納米尺度的SiNW-FET作為探頭組裝在可以向上彎曲的基底上，開發(fā)了一種三維nanoFET(圖1A)。其對溶液pH的Nernst響應高達58 mV/pH，電學性能極佳，滿足對細胞內電生理檢測的要求。修飾了磷脂分子層的納米FET探測頭可通過細胞融合無損進入雞胚心肌細胞，監(jiān)測到的電位出現(xiàn)規(guī)律間隔的峰值，詳細分析單個峰值，其5個特征符合心肌細胞的動作電位。該團隊所構建的三維立體納米FET傳感器，可無損刺入細胞監(jiān)測胞內電生理，具有較高的時間分辨率，且穩(wěn)定性好，可以進行多次測量。隨后，他們將頂端直徑僅為3 nm的空心SiO2納米管集成在一個SiNW-FET的頂部，制成一個表面帶有直立納米管分支的FET器件，進一步減小了探測頭的尺寸，能夠探測進更微小的細胞結構，包括樹突和樹突棘(圖1B)[25]。修飾了磷脂的納米管可以自發(fā)的穿透細胞膜，當跨膜電勢發(fā)生變化時，細胞質的電勢變化會通過空心SiO2納米管直接影響SiNW-FET的電導。結果顯示電學信號具有胞內動作電位的形態(tài)和特征，構建的分支FET生物傳感器可以產生穩(wěn)定的、全振幅的細胞內動作電位記錄，實現(xiàn)實時的細胞內膜電位的監(jiān)測。

為了解決普遍SiNW-FET制備工藝產量低，SiNW長度較短的問題，Pui等[26]采用了與CMOS相兼容的“top-down”的半導體技術，制備了上百根長度為100 μm的SiNW，均勻排列于傳感區(qū)域，制備了傳感面積可觀的陣列FET生物傳感器，可實時、無損的監(jiān)測細胞群乃至單個細胞的胞外電生理信號(圖1C)。該研究組分別監(jiān)測了大鼠心肌細胞和平滑肌細胞兩種細胞模型的電生理信號，均出現(xiàn)了瞬時變化的雙相電流峰信號。結果顯示傳感器可成功將硅納米線與粘附細胞狹小間隙內的細胞外電位轉化為溝道電流變化輸出，結合微流控管道，提高了通量，降低了成本，簡化了操作，具備長期的、連續(xù)的無創(chuàng)實時監(jiān)測能力。

圖1 (A)(Ⅰ) 三維納米FET器件的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像；(Ⅱ) 器件結構示意圖；(Ⅲ) 微分干涉顯微鏡圖像顯示HL-1細胞和60°彎折的納米線探針接觸和內化；(Ⅳ) 使用納米FET測得來自心胚細胞穩(wěn)定的胞內電信號[24]。(B)(Ⅰ) 單個細胞與FET耦合的原理圖；(Ⅱ) SiNW上空心納米管的SEM圖像(插圖，納米管頂部和底部的放大圖[25])。(C)(Ⅰ) 一只跳動的大鼠心臟放置在納米線芯片頂端的記錄室里；(Ⅱ) 納米線陣列的SEM圖像。(插圖為透射電子顯微鏡圖像，說明了納米線的矩形截面；(Ⅲ) 通過納米線芯片監(jiān)測完好跳動的心臟產生的電流信號(在左側的圖片中，一系列的電流尖峰與心臟跳動是一致的[26]))。Fig.1 (A)(Ⅰ) SEM image of three-dimensional nanoFET device；(Ⅱ) Device structure diagram；(Ⅲ) Differential interference contrast microscopy image of an HL-1 cell and 60°kinked nanowire probe contact and internalize；(Ⅳ) Steady-state intracellular electrical recording from beating cardiomyocytes measured by nanoFET device[24].(B)(Ⅰ) Schematic showing a cell coupled to a FET；(Ⅱ) SEM image of a hollow nanotube on a SiNW.Insets,magnified images of the top and bottom of the nanotube[25].(C)(Ⅰ) A beating rat heart was placed in the recording chamber on top of a nanowire chip；(Ⅱ) SEM image of nanowires in array.The inset is a transmission electron microscope image illustrating the rectangular cross-section of a nanowire；(Ⅲ) Nanowire current from an intact beating heart was monitored by a nanowire chip.(In the left panel,a series of current spikes that was in concert with the heart beating is illustrated[26]).

石墨烯材料的應用使FET類器件的制造有了新的選擇。Lieber課題組[27]率先在同一塊襯底上集成了石墨烯-FET與SiNW-FET，當雞胚心肌細胞同時與兩個器件的傳感區(qū)域相接觸時，二者可并行檢測雞胚細胞的胞外生理電信號。使用石墨烯-FET記錄細胞外電信號時，器件從P型轉換為N型，信號相位發(fā)生了翻轉，有力的證實了電信號產生于場效應，這是其他單極性的材料所無法實現(xiàn)的。在石墨烯-FET與SiNW-FET并行檢測雞胚細胞電生理實驗中，二者輸出信號的峰間寬度相似，然而事實上石墨烯-FET的面積比硅納米線FET的面積幾乎大了100倍。這表明在多類型器件集成的多路復用檢測生物傳感器中，還需要更多的研究時間分辨率、電極尺寸等問題對檢測結果的影響。

3.2 神經遞質的檢測

神經遞質在神經系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的“信使”作用，分泌異常會引起復雜的神經功能障礙，嚴重影響大腦機能。例如帕金森氏癥、精神分裂癥、阿爾茲海默癥均與神經系統(tǒng)中神經遞質的釋放異常相關，因此對于這類神經遞質快速，靈敏的檢測不僅在臨床上具有重要意義，也推動了對神經系統(tǒng)信號通路的進一步研究。Cho等[28]開發(fā)了一種基于碳納米管的FET生物傳感器，實現(xiàn)了高鉀刺激下細胞釋放神經遞質多巴胺(DA)的實時檢測。他們通過制備帶負電荷的Nafion-ABTS+薄膜，靜電吸引水溶液中帶正電荷的DA分子到傳感溝道附近。多巴胺與ABTS+發(fā)生氧化還原反應生成的H+在nafion膜中擴散，增加了傳感溝道附近的正電荷密度，進而改變電導，實現(xiàn)對DA的實時響應，檢測限低至10 nmol/L。該研究團隊進一步將PC12細胞懸液引入傳感溝道，并且通過檢測匹莫齊特藥物作用下的PC12細胞在高鉀刺激下DA的釋放量，可以有效評估該抗精神病藥物的療效。同樣是對PC12細胞釋放的DA實時監(jiān)測，Chen課題組[29]通過在FET溝道表面固定對DA分子具有高親和力的核酸適配體，構建了超靈敏的SiNW-FET傳感器，用于實時監(jiān)測缺氧條件下誘導PC12細胞釋放的DA(圖2A、2B)。該傳感器對DA的檢測限低至10 pmol/L。隨后，Chen課題組[30]又將對神經肽(NPY)具有高親和力的核酸適配體固定在SiNW傳感溝道表面構建FET生物傳感器，并在亞秒水平直接檢測PC12細胞分泌的NPY。利用這種適配體修飾的FET傳感器，他們繼續(xù)深入研究了組胺刺激PC12細胞釋放NPY和DA的信號調節(jié)機制，證明組胺在較低水平時誘導明顯的NPY釋放，但DA分泌很少；此后，PC12細胞在高組胺濃度誘導下分泌的DA會使細胞周圍的局部DA濃度升高，成為抑制NPY釋放的反饋因子。該傳感器對于目標分子的高特異性與高靈敏度，可進一步用于研究神經遞質的釋放動力學，以了解神經元如何協(xié)同釋放這些信號分子來調節(jié)突觸。

最近Li等[31]直接在石墨烯-FET傳感芯片上培養(yǎng)原代分離的海馬神經元，并對該神經元釋放的神經遞質谷氨酸進行實時監(jiān)測(圖2C、2D)。他們將人工合成的代謝型谷氨酸受體(mGluR)固定在石墨烯傳感溝道上，mGluR對谷氨酸具有高度的特異性，當谷氨酸與mGluR結合時，可以改變溝道內載流子的濃度從而引起電流變化進行傳感。該傳感器對谷氨酸的檢出限低至1 fmol/L。該傳感器首次實現(xiàn)了細胞釋放非電活性信號分子的直接原位實時檢測，為非電活性信號分子的檢測提供了一種新的檢測平臺。

圖2 (A) SiNW-FET傳感器的實驗示意圖，用于監(jiān)測缺氧條件下誘導PC12細胞釋放DA[29]；(B) 使用SiNW-FET實時記錄PC12細胞(底部插圖：光鏡圖)在低氧緩沖液刺激下釋放的DA。頂部插圖顯示的是未接種細胞的傳感器進行實時記錄的對照實驗[29]；(C)RGO-FET傳感器用于實時監(jiān)測高K+刺激下神經元釋放谷氨酸示意圖[31]；(D)實時記錄高K+刺激下海馬神經元釋放的谷氨酸[31]。Fig.2 (A) Illustration of the experience of SiNW-FET device for detecting exocytotic DA under hypoxic stimulation from living PC12 cells[29]；(B) Real-time recording of DA relased from PC12 cells seeded with SiNW-FET(bottom inset:optical microscopy image) upon addition of hypoxic buffer.Top inset shows a control test using the same SiNW-FET but without cells seeding[29]；(C)Schematic of RGO-FET biosensor is used for real time recording of glutamate released from neuron upon addition of high K+ stimulus[31]；(D) Real-time monitoring of glutamate released from hippocampal neurons upon addition of high K+ stimulus[31].

3.3 其他細胞信號分子檢測

活性氧(ROS)分子是細胞氧化代謝的產物，正常情況下參與細胞信號的傳遞，但它超出正常范圍時，會引起各類疾病。如H2O2會導致DNA分子的氧化損傷，誘導癌癥的發(fā)生；NO的失調與高血壓、動脈粥樣硬化等一系列心血管疾病密切相關。但ROS在體內半衰期短，不穩(wěn)定，因此對這類分子的檢測需快速且準確。Zhang課題組[32]報道了一種基于RGO-鐵卟啉功能化的石墨烯-FET生物生物傳感器，借助鐵卟啉對NO獨特的催化特性以及石墨烯優(yōu)良的導電性，可以實現(xiàn)對細胞釋放的NO進行高靈敏的實時監(jiān)測(圖3A)。構造的NO生物傳感器對NO的檢出限低至1 pmol/L，并且傳感界面對細胞生長友好，可以對單細胞釋放的NO進行實時監(jiān)測。近年來，該課題組[33]使用具有催化性能的MoS2，構造了基于MoS2-RGO復合材料的FET生物傳感器，無需修飾活性信號分子，借助MoS2優(yōu)越的催化性能和RGO卓越導電性，可直接快速監(jiān)測腫瘤細胞釋放的痕量H2O2。在檢測過程中MoS2可發(fā)揮類過氧化物酶的作用，催化H2O2分解釋放H+，誘導N型摻雜，改變溝道電導從而引起輸出電流變化，實現(xiàn)對H2O2的傳感。

Zn2+參與調節(jié)神經系統(tǒng)的發(fā)育，是大腦具備多種功能不可或缺的金屬離子，然而過量的Zn2+對神經元具有一定的毒性，而且會促進β-淀粉蛋白(Aβ)的聚積，增加神經退化和阿爾茨海默病的風險。Anand等[34]利用對Zn2+具有高親和力的分子修飾在FET溝道表面，構造了高靈敏的SiNW-FET生物傳感器，深入研究Zn2+的釋放對Aβ的調節(jié)作用(圖3B)。傳感器成功測得興奮后大腦皮層神經元釋放的Zn2+濃度可上升至110 nmol/L，且證明釋放前主要儲存于突觸小泡內。另一方面，將可與Zn2+結合的β-淀粉蛋白固定在SiNW-FET表面，用以檢測細胞釋放的Zn2+對Aβ的聚集作用。實驗結果說明100 nmol/L的Zn2+水平足以形成Zn2+-Aβ聚合物，可能進一步引起β-淀粉蛋白原纖維的形成，對神經元具有毒性。

人體中的Ca2+調節(jié)神經遞質的釋放、心肌細胞的興奮-收縮節(jié)律、免疫細胞的活化等多種細胞活動活動，因此對細胞內的Ca2+進行準確的檢測有助于各類系統(tǒng)疾病的進一步研究。Son等[35]報道了利用拉制的硼硅酸鹽毛細管構建針形場效應晶體管，尖端直徑在亞微米級別，突破了傳統(tǒng)芯片F(xiàn)ET尺寸較大，難以應用于細胞內檢測的限制，成功的對細胞內的Ca2+進行檢測(圖3C)。研究人員利用Fluo-4-AM分子可以結合Ca2+并發(fā)出熒光的特性，將其作為探針分子固定在溝道表面。納米針尖的微小尺寸使其易于刺入細胞內，Ca2+特異性結合在溝道表面改變了溝道內載流子濃度，可實時監(jiān)測胞內Ca2+濃度變化。另一方面，探針捕獲Ca2+后發(fā)出熒光信號，成功對胞內Ca2+進行電學、熒光雙信號傳感。

Zhang等[36]同樣開發(fā)了一種尖端直徑僅為200 nm的矛狀納米FET傳感器，可用于細胞環(huán)境乃至細胞內的檢測(圖3D)。作者將聚吡咯(PPy)沉積在矛狀FET尖端連接雙管內的碳納米電極作為溝道。當溶液中H+濃度增高時，PPy中吡咯氮發(fā)生質子化，使電導發(fā)生變化進行傳感，因此PPy-FET可作為pH傳感器，置于癌細胞叢檢測胞外酸中毒，對癌癥具有早期提示作用。此外，研究人員將己糖激酶固定在PPy溝道表面，在己糖激酶參與的糖酵解反應中，每裂解一分子ATP釋放一個質子，可以被生物傳感器感應到，檢測限低至10 nmol/L。這種尖針型FET具備尖端尺寸小和FET靈敏度高的特點，在未來有可能成為細胞外環(huán)境以及細胞內分析的有力工具。

圖3 (A) 用于實時監(jiān)測細胞NO釋放的FET生物傳感器原理圖[32]；(B) SiNW-FET生物傳感器的示意圖(生長了皮質神經元的蓋玻片倒扣在傳感器表面，使神經元可與傳感器表面親密接觸。右側圖片是FET傳感器的光鏡圖[34])；(C) 使用基于晶體管的納米針形傳感器測量細胞內鈣離子的示意圖[35]；(D) 左側是納米FET的結構示意圖，右側是nano-FET探針靠近單個細胞的光鏡圖[36]。Fig.3 (A) Schematic diagram of the FET biosensor for real-time monitoring of NO release from cell[32]；(B) Schematic illustration of a SiNW-FET biosensor.The cortical neurons grown on a coverslip were placed in intimate contact with the SiNW-FET(In the right panel,an optical microscopy image of a SiNW-FET device[34]；(C) Schematic diagram depicting measurement of intracellular calcium ions using a nanoneedle-shape transistor-based sensor[35]；(D) In the left panel,structural diagram of a nanometer-scale FET，in the left panel,an optical microscopy image of a nano-FET probe approaches a single cell[36].

4 小結與展望

FET生物傳感器結合活細胞，具有原位監(jiān)測的優(yōu)勢，可以實時、動態(tài)監(jiān)測細胞電生理，也可應用于細胞信號分子釋放的研究，是研究細胞功能與生理或病理聯(lián)系的重要工具。與其他傳感器相比，F(xiàn)ET檢測過程簡便快速、無需標記。器件自身的電學放大特性使此類傳感器靈敏度大大提高，并且半導體集成技術使FET傳感芯片可進行高通量的檢測。隨著材料科學、納米科學以及微納加工技術的飛速發(fā)展，F(xiàn)ET生物傳感器的穩(wěn)定性和電學性能得以提升，其靈敏度和特異性滿足在細胞水平對靶標分子超靈敏、實時、原位監(jiān)測的要求，這些優(yōu)異的特性使得FET生物傳感器在細胞及亞細胞水平的信號分子檢測及電生理探測方面取得了重要進展，也為細胞檢測研究提供了一種新的強有力工具和平臺。

FET生物傳感器未來可能有以下幾個發(fā)展方向：(1)FET與微流控系統(tǒng)的集成，在細胞檢測方面可以實現(xiàn)細胞培養(yǎng)與檢測的自動化操作，減少外界環(huán)境與人為操作的影響，提高細胞傳感器的穩(wěn)定性。生物檢測方面，微流控體系有效減小樣品體積，并且能實現(xiàn)復雜樣本的分離檢測集成在一塊芯片上，可以發(fā)展成為POCT裝置使其能夠簡單、便攜應用于各種環(huán)境下的檢測。(2)發(fā)展新的納米材料用于連接源漏極溝道，進一步提升FET生物傳感器的性能。(3)利用FET生物傳感器的獨特優(yōu)勢，開發(fā)合適的針型FET器件為活體檢測提供一種新的檢測工具和平臺，有望在生命醫(yī)學領域取得新的發(fā)現(xiàn)及突破性進展。