Химический полевой транзистор

A ChemFET - это химически чувствительный полевой транзистор, то есть полевой транзистор, используемый в качестве датчика для измерения химической концентрации в растворе. Когда концентрация целевого аналита изменяется, ток через транзистор изменяется соответственно. Здесь раствор аналита разделяет электроды источника и затвора. Градиент концентрации между раствором и электродом затвора возникает из-за полупроницаемой мембраны на поверхности полевого транзистора, содержащей рецепторные фрагменты, которые предпочтительно связывают целевой аналит. Этот градиент концентрации заряженных ионов аналита создает химический потенциал между источником и затвором, который, в свою очередь, измеряется полевым транзистором.

• 1 Конструкция
• 2 Применения
• 3 Практические ограничения
• 4 История
• 5 См. Также
• 6 Ссылки

Схематическое изображение ChemFET. Исток, сток и затвор - это три электрода, используемые в системе полевых транзисторов. Электронный поток происходит в канале между стоком и истоком. Потенциал затвора управляет током между электродами истока и стока.

Исток и сток ChemFET сконструированы так же, как и для ISFET, с электродом затвора, отделенным от электрода истока раствором. Интерфейс электрода затвора с раствором представляет собой полупроницаемую мембрану, содержащую рецепторы, и зазор, позволяющий испытуемому веществу вступать в контакт с чувствительными фрагментами рецептора. пороговое напряжение ChemFET зависит от градиента концентрации между анализируемым веществом в растворе и аналитом, находящимся в контакте с полупроницаемым барьером, встроенным в рецептор.

Часто ионофоры используются для облегчения подвижности ионов анализируемого вещества через субстрат к рецептору. Например, при нацеливании на анионы соли четвертичного аммония (такие как бромид тетраоктиламмония ) используются для придания катионной природы мембране, облегчая подвижность анионов через субстрат к фрагментам рецептора. 61>

ChemFET могут использоваться в жидкой или газовой фазе для обнаружения целевого анализируемого вещества, что требует обратимого связывания анализируемого вещества с рецептором, расположенным в мембране электрода затвора. ChemFET имеет широкий спектр применений, включая, в первую очередь, селективное зондирование анионов или катионов. Больше работы было выполнено с катион-чувствительными ChemFET, чем с анион-чувствительными ChemFET. Чувствительность анионов сложнее, чем определение катионов в полевых транзисторах ChemFET из-за многих факторов, включая размер, форму, геометрию, полярность и pH интересующего вида.

Корпус ChemFET обычно считается прочным. Однако неизбежное требование отдельного электрода сравнения делает систему в целом более громоздкой и потенциально более хрупкой.

MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) был изобретен египетским инженером Мохамедом М. Аталлой и корейским инженером Давон Кан в 1959 году. Голландский инженер Пит Бергвельд позже изучил полевой МОП-транзистор и понял, что его можно адаптировать в датчик для химических и биологических применений.

В 1970 году Бергвельд изобрел ионно-чувствительный полевой транзистор (ISFET). Он описал ISFET как «особый тип MOSFET с затвором на определенном расстоянии». В структуре ISFET металлический затвор стандартного MOSFET заменен на ионную -чувствительную мембрану, раствор электролита и электрод сравнения.

ChemFET основаны на модифицированном ISFET - концепции, разработанной Бергвельдом в 1970-х годах. Существует некоторая путаница в отношении отношений между ChemFET и ISFET. В то время как ISFET обнаруживает только ионы, ChemFET обнаруживает любые химические вещества (включая ионы).

• Химирезистор
• EOSFET
• Электронный нос

1. ^Reinhoudt, David N. (1992). «Применение супрамолекулярной химии в разработке ионоселективных CHEMFET». Датчики и исполнительные механизмы B: химические. 6 (1–3): 179–185. doi : 10.1016 / 0925-4005 (92) 80052-y.
2. ^Lugtenberg, Ronny J. W.; Antonisse, Martijn M. G.; Egberink, Ричард Дж. М.; Энгберсен, Йохан Ф. Дж.; Рейнхудт, Дэвид Н. (1996-01-01). «CHEMFET на основе полисилоксана для обнаружения ионов тяжелых металлов». Журнал химического общества, Perkin Transactions 2. 0 (9): 1937. doi : 10.1039 / p29960001937. ISSN 1364-5471.
3. ^ Джаната, Иржи (2004-11-01). «Тридцать лет CHEMFET - личное мнение». Электроанализ. 16 (22): 1831–1835. DOI : 10.1002 / elan.200403070. ISSN 1521-4109.
4. ^ Бергвельд, П. (2003). «Тридцать лет ИСФЕТОЛОГИИ». Датчики и исполнительные механизмы B: химические. 88 (1): 1–20. doi : 10.1016 / s0925-4005 (02) 00301-5.
5. ^ Антонисс, Мартин М.Г.; Рейнхудт, Дэвид Н. (1999-10-01). «Потенциометрические анионо-селективные сенсоры». Электроанализ. 11 (14): 1035. doi : 10.1002 / (sici) 1521-4109 (199910) 11:14 <1035::aid-elan1035>3.0.co; 2-i. ISSN 1521-4109.
6. ^Врублевски, Войцех; Войцеховский, Камил; Дыбко, Артур; Бжожка, Збигнев; Эгберинк, Ричард Дж. М.; Снеллинк-Руэль, Бьянка Х.М. Рейнхудт, Дэвид Н (2001). «Долговечность фосфат-селективных CHEMFET». Датчики и исполнительные механизмы B: химические. 78 (1–3): 315–319. doi : 10.1016 / s0925-4005 (01) 00832-2.
7. ^Антонисс, Мартин М.Г.; Snellink-Ruël, Bianca H.M.; 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. 0 (4): 775. doi : 10.1039 / a709076e. ISSN 1364-5471.
8. ^Хан, Джин Ву; Рим, Тайук; Пэк, Чанг-Ки; Мейяппан, М. (30.09.2015). "Химический стробируемый полевой транзистор путем гибридной интеграции одномерной кремниевой нанопроволоки и двумерной тонкой пленки из оксида олова для газового датчика малой мощности". Прикладные материалы и интерфейсы ACS. 7 (38): 21263–9. doi : 10.1021 / acsami.5b05479. ISSN 1944-8244. PMID 26381613.
9. ^Хименес-Хоркера, Сесилия; Ороско, Джахир; Балди, Антони (24 декабря 2009 г.). «Микросенсоры на базе ISFET для мониторинга окружающей среды». Датчики. 10 (1): 66. doi : 10.3390 / s100100061. PMC 3270828. PMID 22315527.
10. ^ Бергвельд, Пит (октябрь 1985 г.). «Воздействие датчиков на полевых МОП-транзисторах» (PDF). Датчики и исполнительные механизмы. 8 (2): 109–127. Bibcode : 1985SeAc.... 8..109B. DOI : 10.1016 / 0250-6874 (85) 87009-8. ISSN 0250-6874.
11. ^«1960: Металлооксидный полупроводниковый (МОП) транзистор продемонстрирован». Кремниевый двигатель: хронология полупроводников в компьютерах. Музей истории компьютеров. Проверено 31 августа 2019 г.
12. ^Крис Тумазу; Пантелис Георгиу (декабрь 2011 г.). «40 лет технологии ISFET: от определения нейронов до секвенирования ДНК». Электронные письма. DOI : 10.1049 / el.2011.3231. Проверено 13 мая 2016 г.
13. ^Schöning, Michael J.; Погосян, Аршак (10 сентября 2002 г.). «Последние достижения в области биологически чувствительных полевых транзисторов (BioFET)» (PDF). Аналитик. 127 (9): 1137–1151. Bibcode : 2002Ana... 127.1137S. DOI : 10.1039 / B204444G. ISSN 1364-5528. PMID 12375833.