準確的生物分子檢測對於診斷和監測至關重要，但 PCR 等傳統方法緩慢且複雜。場效應電晶體 （FET） 生物感測器提供快速、無標記的解決方案，具有高靈敏度和選擇性。在本文中，我們將探討基於 FET 的生物感測器、其工作原理、優點以及在醫療保健、環境感測等領域的多樣化應用。
什麼是 FET 生物感測器？
場效應電晶體 （FET） 生物感測器是先進的感測裝置，它使用基於電晶體的結構來檢測具有卓越靈敏度的生物分子。與傳統的金屬氧化物半導體場效電晶體 （MOSFET） 不同，FET 生物感測器用離子敏感膜和電解質取代了標準金屬閘極。這種結構修飾使它們能夠直接與生物分子相互作用，使其在生物傳感應用中非常有效。它們也稱為生物感測器 FET 或生物感測器 MOSFET。
它們最重要的功能之一是 即時和無標記檢測，允許連續監測生物相互作用，而無需額外的標記或複雜的樣品製備。這消除了額外的步驟，降低了成本，並提供了即時結果，使其在快速診斷方面非常高效。
此外，FET 生物感測器提供 多功能功能化，這意味著它們的表面可以進行化學修飾以檢測多種生物分子，包括蛋白質、核酸和小分子。這種適應性使其對於從醫療診斷到環境監測和食品安全分析的各種應用都很有價值。憑藉這些功能，FET 生物感測器正在塑造生物感測技術的未來，提供快速、靈敏和靈活的檢測能力。
FET 生物感測器中使用的主要材料
FET 生物感測器中材料的選擇對其性能起著至關重要的作用。常用的幾種先進材料，每種材料都具有獨特的優點：
- 石墨烯： 石墨烯以其卓越的導電性和機械靈活性而聞名，可實現高度靈敏的檢測和快速的響應時間。其二維結構為生物分子相互作用提供了較大的表面積，使其成為生物傳感應用的理想選擇。
- 碳奈米管 （CNT）： 這些圓柱形奈米結構具有高機械強度、柔韌性和優異的電子傳輸性能。它們能夠增強訊號轉導，同時保持結構完整性，使其非常適合靈活且小型化的生物感測器。
- 矽納米線 （SiNW）： SiNW 具有高表面體積比和出色的可擴展性，透過放大基於電荷的相互作用來提供更高的靈敏度。它們與標準半導體製造技術的兼容性允許大規模生產和整合到電子設備中。
FET 生物感測器如何運作？
FET 生物感測器使用連接兩個電極的半導體通道運作：源極和漏極。與依賴標準閘極電極來控制電導率的傳統 FET 不同，FET 生物感測器具有直接與目標生物分子相互作用的生物敏感層。
當這些生物分子與生物敏感層結合時，它們會改變半導體表面的局部電荷環境。這種相互作用改變了表面電位，進而影響通道中的電荷載流子密度。結果，通道的電導發生變化，產生與目標分析物濃度相關的可測量電訊號。
這種檢測機制的一個關鍵方面是由於結合生物分子的存在而導致晶體管閾值電壓的變化。這種電壓變化改變了源極和漏極之間流動的電流，為檢測生物相互作用提供了一種精確、即時和無標記的方法。
FET生物感測器的優點
FET 生物感測器獨特的設計和操作原理賦予了它們有別於傳統感測方法的多項優勢。
高靈敏度
FET 生物感測器的突出特點之一是其卓越的靈敏度。FET 的固有放大特性能夠檢測表面電位的微小變化，從而能夠識別低豐度生物分子。這種高度的敏感性對於早期疾病診斷特別有益，因為檢測痕量生物標記水平至關重要。
準確的選擇性
FET 生物感測器可以區分目標分子和非特異性或干擾物質。這種選擇性是通過對具有高度特異性的生物受體的生物敏感層進行仔細的功能化來實現的。透過確保只有預期的分析物與感測器表面結合，FET 生物感測器可顯著減少誤報，從而獲得更準確、更可靠的結果。高選擇性也使 FET 生物感測器適用於複雜的樣品環境，例如血液或廢水，在這些環境中存在多種物質，但只需要識別目標分子。
增強的可擴展性
FET 生物感測器的緊湊特性可實現顯著小型化，有助於將其整合到便攜式或穿戴式設備中。這種可擴展性不僅支援即時檢測和行動健康監測，還支援高通量篩檢平台的開發。FET生物感測器與現有半導體製造技術的兼容性進一步增強了其廣泛應用的潛力。
FET生物感測器的應用
FET 生物感測器徹底改變了各行業生物分子的檢測和分析。讓我們來看看一些應用：
醫療診斷
FET 生物感測器在醫學診斷方面取得了重大進步，可對疾病、健康指標和細胞活動進行高度靈敏和即時的檢測。
- 疾病和感染的檢測： FET 生物感測器廣泛用於檢測癌症生物標記、microRNA 和病毒等疾病標記。它們的高特異性和即時監測能力使其成為腫瘤學研究和臨床診斷的寶貴工具。特別是，它們在早期癌症檢測方面的潛力帶來了巨大的前景，能夠及時介入並改善患者的治療效果。
- 健康指標監測： 這些感測器在監測唾液中的葡萄糖水平等基本健康指標方面發揮著至關重要的作用，為糖尿病管理提供了非侵入性的替代方案。此外，它們已被探索用於呼吸分析以檢測分子疾病指標，使其可用於早期疾病檢測和持續健康監測。
- 記錄來自細胞的訊號： FET 生物感測器可以記錄來自活細胞的電和神經傳導物質訊號，使研究人員能夠研究神經元活動和大腦功能。這種能力在神經科學研究中特別有用，因為了解神經元中的電訊號對於研究神經退化性疾病和腦部疾病至關重要。
- 特定生物分子的檢測： 它們的超靈敏特性可以檢測蛋白質、DNA 序列和小分子，這對於生物醫學研究和疾病診斷至關重要。這些感測器甚至可以識別微量的目標生物分子，從而提高醫學測試的準確性。
環境監測
遠傳生物感測器也廣泛用於環境監測，提供了一種快速、高靈敏度的方法來檢測水、土壤和空氣中的有害物質。
- 重金屬檢測： 重金屬污染對人類健康和生態系統構成嚴重威脅。FET 生物感測器旨在檢測水和土壤中的鉛、汞和鎘等重金屬離子，從而能夠及時介入以防止環境破壞和人體暴露。
- 農藥檢測：食品和水供應中有害農藥的存在越來越受到關注。FET 生物感測器在檢測有機磷農藥方面顯示出高效率，有機磷農藥廣泛應用於農業，但可能對人類和野生動物造成危害。這些感測器可實現即時監控，改善食品安全和環境保護工作。
食品安全
FET 生物感測器用於檢測有害毒素，例如黴菌毒素，這些毒素會污染食品供應並導致嚴重的健康問題。它們提供快速、準確結果的能力使其成為行業和監管機構食品品質控制的重要工具。
利用 Molsentech 的 BioFET 技術實現超高靈敏度
FET 生物感測器透過提供無與倫比的精度的超靈敏、即時偵測，正在徹底改變許多領域，包括診斷、環境監測和食品安全。它們能夠檢測極低濃度的生物分子，這使它們成為早期準確檢測至關重要的領域的遊戲規則改變者。從早期癌症篩檢和傳染病檢測等醫療應用到環境毒性監測和食品安全保證，這些感測器正在為更智慧、更安全的未來鋪平道路。
處於這項創新最前沿的是 Molsentech，這是一家來自台灣的先驅生物技術新創公司。我們的 BioFET 晶片 平台將 半導體生物晶片 技術與專有的表面改性技術、系統整合和人工智慧驅動的分析相結合，以提供快速、高度準確的結果。我們的技術已經在 COVID-19 大流行期間展示了其潛力，現在正在為檢測阿爾茨海默氏症、癌症和新發傳染病等疾病開闢新的可能性。
診斷的未來現在正在發生——您準備好成為其中的一部分了嗎？無論您是在醫療保健、研究還是工業領域，我們的 BioFET 解決方案提供您保持領先地位所需的精度和速度。讓我們合作重新定義檢測、拯救生命並突破可能的界限。立即 聯絡我們 ，了解我們的突破性技術如何改變您的領域。您的下一個重大創新從這裡開始。
