利用T形通道和L形纳米腔在Si:HfO2铁电DM-JLTFET中实现癌症生物标志物的新型无标记检测方法，该传感器具有栅极错位结构

《IEEE Sensors Journal》：Novel Label-Free Detection of Cancer Biomarkers Using T-Shape Channel and L-Shape Nanocavity in Si:HfO2 Ferroelectric DM-JLTFET With Gate Staggering Biosensor

　　

本文提出了一种新型的无标记生物传感方法，利用T形通道和L形纳米腔在基于二氧化硅铪（Si:HfO2）的铁电无结隧穿场效应晶体管（FE DM-JLTFET）中检测癌症生物标志物。该生物传感器利用Si:HfO2异质结构中能带排列的调制，通过将具有不同介电性质的癌症生物标志物固定在精确刻蚀的纳米腔内来实现这一功能。首次实现了基于特定频率下不同癌症细胞系的区分，例如结直肠癌（SW 620在0.5 THz）、肾癌（HEK 293在0.5 THz）和骨肉瘤（SaOS-2在1 GHz和143B在1 GHz），从而可以区分健康细胞和受癌细胞感染的细胞。固定的生物分子改变了局部电场分布，进而影响能带的变化，从而控制隧穿电流。所提出的FE DM-JLTFET的工作频率为2.4 GHz。该器件隧穿电流的调制与ION / IOFF 的比例直接取决于固定生物分子的介电常数。这种能带结构的变化使得能够高度敏感和特异性地检测纳米级的介电变化。通过比较受影响细胞和健康细胞的响应，该设备能够显示出强大的生物标志物识别能力。通过门极错位，进一步改善了载流子通过改变后的能带的隧穿过程，从而提高了检测效率。这种生物传感器可以作为床旁诊断工具，提供低成本、快速且可扩展的检测方法，用于早期诊断结直肠癌（SW 620）、肾癌（HEK 293）和骨肉瘤（SaOS-2和143B），其性能优于传统的诊断方法。

由于生物传感器的多功能性和在医学诊断、环境监测和农业应用等领域的影响，它们最近受到了广泛关注[1]。在生物传感技术中，基于FET的生物传感器因其成本效益、可扩展性和检测带电生物分子的能力而变得流行[2]、[3]。这些生物传感器通过将生物相互作用转换为可测量的电信号来工作，使其成为无标记生物分子检测的强大平台[4]、[5]、[6]、[7]。然而，传统的基于FET的生物传感器无法检测中性电荷的生物分子，这在其应用中存在一些限制。为了克服这些限制，已经研究了先进的基于FET的架构，如MOSFET和隧穿FET（TFET）生物传感器[8]、[9]、[10]、[11]、[12]。