Химический полевой транзистор
ChemFET — это химически чувствительный полевой транзистор , то есть полевой транзистор, используемый в качестве датчика для измерения концентрации химических веществ в растворе . [1] Когда концентрация целевого аналита изменится, ток через транзистор изменится соответственно. [2] Здесь раствор аналита разделяет электроды истока и затвора . [3] Градиент концентрации между раствором и затворным электродом возникает из-за полупроницаемой мембраны на поверхности полевого транзистора, содержащей рецепторные фрагменты, которые преимущественно связывают целевой аналит. [3] Этот градиент концентрации заряженных ионов аналита создает химический потенциал между источником и затвором, который, в свою очередь, измеряется полевым транзистором. [4]
Строительство [ править ]
Исток и сток ChemFET сконструированы так же, как и ISFET , с электродом затвора, отделенным от электрода истока раствором. [4] Интерфейс затворного электрода с раствором представляет собой полупроницаемую мембрану, содержащую рецепторы, и зазор, позволяющий тестируемому веществу вступить в контакт с чувствительными фрагментами рецептора. [5] ChemFET Пороговое напряжение зависит от градиента концентрации между аналитом в растворе и аналитом, находящимся в контакте с полупроницаемым барьером, встроенным в рецептор. [5]
Часто ионофоры используются для облегчения подвижности ионов аналита через субстрат к рецептору. [6] Например, при нацеливании на анионы используются соли четвертичного аммония (такие как бромид тетраоктиламмония ) для придания катионной природы мембране, облегчая подвижность анионов через субстрат к фрагментам рецептора. [7]
Приложения [ править ]
ChemFET можно использовать как в жидкой, так и в газовой фазе для обнаружения целевого аналита, требуя обратимого связывания аналита с рецептором, расположенным на мембране затворного электрода. [8] [3] Существует широкий спектр применений ChemFET, включая, прежде всего, селективное зондирование анионов или катионов. [5] Больше работы было проделано с ChemFET, чувствительными к катионам, чем к ChemFET, чувствительным к анионам. [5] Обнаружение анионов более сложное, чем обнаружение катионов в ChemFET из-за многих факторов, включая размер, форму, геометрию, полярность и pH интересующих видов. [5]
ограничения Практические
Корпус ChemFET обычно считается прочным. [9] [4] Однако неизбежная потребность в отдельном электроде сравнения делает систему в целом более громоздкой и потенциально более хрупкой.
История [ править ]
Голландский инженер Пит Бергвелд изучил МОП-транзистор и понял, что его можно адаптировать в качестве датчика для химических и биологических применений. [10]
В 1970 году Бергвельд изобрел ионно-чувствительный полевой транзистор (ISFET). [11] Он описал ISFET как «особый тип MOSFET с затвором на определенном расстоянии». [10] В структуре ISFET металлический затвор стандартного MOSFET заменен ионочувствительной раствором мембраной , электролита и электродом сравнения . [12]
ChemFET основаны на модифицированном ISFET, концепции, разработанной Бергвельдом в 1970-х годах. [4] Существует некоторая путаница относительно взаимоотношений между ChemFET и ISFET. В то время как ISFET обнаруживает только ионы, ChemFET обнаруживает любые химические вещества (включая ионы).
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Рейнхудт, Дэвид Н. (1992). «Применение супрамолекулярной химии в разработке ионоселективных CHEMFET» . Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества . 6 (1–3): 179–185. дои : 10.1016/0925-4005(92)80052-у .
- ^ Лугтенберг, Ронни Дж.В.; Антонисс, Мартин М.Г.; Эгберинк, Ричард Дж. М.; Энгберсен, Йохан Ф.Дж.; Рейнхудт, Дэвид Н. (1 января 1996 г.). «CHEMFET на основе полисилоксана для обнаружения ионов тяжелых металлов» . Журнал Химического общества, Perkin Transactions 2 (9): 1937. doi : 10.1039/p29960001937 . ISSN 1364-5471 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Джаната, Иржи (1 ноября 2004 г.). «Тридцать лет CHEMFET – личный взгляд». Электроанализ . 16 (22): 1831–1835. дои : 10.1002/elan.200403070 . ISSN 1521-4109 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Бергвельд, П. (2003). «Тридцать лет ИСФЕТОЛОГИИ» . Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества . 88 (1): 1–20. дои : 10.1016/s0925-4005(02)00301-5 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и Антонисс, Мартин М.Г.; Рейнхудт, Дэвид Н. (1 октября 1999 г.). «Потенциометрические анион-селективные датчики». Электроанализ . 11 (14): 1035. doi : 10.1002/(sici)1521-4109(199910)11:14<1035::aid-elan1035>3.0.co;2-i . ISSN 1521-4109 .
- ^ Врублевский, Войцех; Войцеховский, Камил; Дыбко, Артур; Бжозка, Збигнев; Эгберинк, Ричард Дж. М.; Снеллинк-Руэль, Бьянка Х.М.; Рейнхудт, Дэвид Н. (2001). «Долговечность фосфат-селективных CHEMFET». Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества . 78 (1–3): 315–319. дои : 10.1016/s0925-4005(01)00832-2 .
- ^ Антонисс, Мартин М.Г.; Снеллинк-Руэль, Бьянка Х.М.; Энгберсен, Йохан Ф.Дж.; Рейнхудт, Дэвид Н. (1 января 1998 г.). «Химически модифицированные полевые транзисторы с нитритной или фторидной селективностью». Журнал Химического общества, Perkin Transactions 2 (4): 775. doi : 10.1039/a709076e . ISSN 1364-5471 .
- ^ Хан, Джин Ву; Рим, Тайюк; Пэк, Чан-Ки; Мейяппан, М. (30 сентября 2015 г.). «Химический затворный полевой транзистор путем гибридной интеграции одномерной кремниевой нанопроволоки и двумерной тонкой пленки оксида олова для маломощного датчика газа». Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 7 (38): 21263–9. дои : 10.1021/acsami.5b05479 . ISSN 1944-8244 . ПМИД 26381613 .
- ^ Хименес-Хоркера, Сесилия; Ороско, Джахир; Балди, Антони (24 декабря 2009 г.). «Микросенсоры на базе ISFET для мониторинга окружающей среды» . Датчики . 10 (1): 66. Бибкод : 2009Senso..10...61J . дои : 10.3390/s100100061 . ПМК 3270828 . ПМИД 22315527 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Бергвельд, Пит (октябрь 1985 г.). «Воздействие датчиков на основе MOSFET» (PDF) . Датчики и исполнительные механизмы . 8 (2): 109–127. Бибкод : 1985SeAc....8..109B . дои : 10.1016/0250-6874(85)87009-8 . ISSN 0250-6874 . Архивировано из оригинала (PDF) 26 апреля 2021 года . Проверено 7 октября 2019 г.
- ^ Крис Тумазу; Пантелис Георгиу (декабрь 2011 г.). «40 лет технологии ISFET: от нейронального зондирования до секвенирования ДНК» . Электронные письма . дои : 10.1049/эл.2011.3231 . Проверено 13 мая 2016 г.
- ^ Шенинг, Майкл Дж.; Погосян, Аршак (10 сентября 2002 г.). «Последние достижения в области биологически чувствительных полевых транзисторов (BioFET)» (PDF) . Аналитик . 127 (9): 1137–1151. Бибкод : 2002Ана...127.1137С . дои : 10.1039/B204444G . ISSN 1364-5528 . ПМИД 12375833 .