Chemiczny tranzystor polowy

ChemFET to chemicznie czuły tranzystor polowy , czyli tranzystor polowy używany jako czujnik do pomiaru stężeń substancji chemicznych w roztworach . Kiedy zmieni się docelowe analitu , prąd przepływający przez tranzystor odpowiednio się zmieni. W tym przypadku roztwór analitu oddziela elektrodę źródłową i bramkową . Gradient stężeń między roztworem a elektrodą bramkową powstaje z powodu półprzepuszczalnej membrany na powierzchni FET zawierającej ugrupowania receptorowe, które preferencyjnie wiążą docelowy analit. Ten gradient stężenia naładowanych jonów analitu tworzy potencjał chemiczny między źródłem a bramką, który z kolei jest mierzony przez FET.

Budowa

Schematyczny widok ChemFET. Źródło, dren i bramka to trzy elektrody używane w systemie FET. Przepływ elektronów odbywa się w kanale między drenem a źródłem. Potencjał bramki kontroluje prąd między elektrodami źródła i drenu.

Źródło i dren ChemFET są zbudowane jak w przypadku ISFET , z elektrodą bramkową oddzieloną od elektrody źródłowej roztworem. Interfejs elektrody bramki z roztworem to półprzepuszczalna membrana zawierająca receptory i szczelinę umożliwiającą kontakt badanej substancji z wrażliwymi ugrupowaniami receptora. Napięcie progowe ChemFET zależy od gradientu stężenia między analitem w roztworze a analitem w kontakcie z półprzepuszczalną barierą osadzoną w receptorze.

Często stosuje się jonofory w celu ułatwienia mobilności jonów analitu przez podłoże do receptora. Na przykład, gdy ukierunkowuje się aniony, czwartorzędowe sole amoniowe (takie jak bromek tetraoktyloamoniowy ) w celu nadania membranie charakteru kationowego, ułatwiając ruchliwość anionów przez substrat do ugrupowań receptora.

Aplikacje

ChemFET mogą być wykorzystywane zarówno w fazie ciekłej, jak i gazowej do wykrywania docelowego analitu, co wymaga odwracalnego wiązania analitu z receptorem znajdującym się w membranie elektrody bramkowej. Istnieje szeroki zakres zastosowań ChemFET, w tym przede wszystkim selektywne wykrywanie anionów lub kationów. Więcej pracy wykonano z ChemFET wykrywającymi kationy niż ChemFET z wykrywaniem anionów. Wykrywanie anionów jest bardziej skomplikowane niż wykrywanie kationów w ChemFET ze względu na wiele czynników, w tym rozmiar, kształt, geometrię, polarność i pH gatunków będących przedmiotem zainteresowania.

Praktyczne ograniczenia

Ogólnie uważa się, że korpus ChemFET jest solidny. Jednak nieuniknione wymaganie oddzielnej elektrody odniesienia sprawia, że system jest ogólnie bardziej nieporęczny i potencjalnie bardziej delikatny.

Historia

Holenderski inżynier Piet Bergveld zbadał MOSFET i zdał sobie sprawę, że można go zaadaptować na czujnik do zastosowań chemicznych i biologicznych.

W 1970 roku Bergveld wynalazł czuły na jony tranzystor polowy (ISFET). Opisał ISFET jako „specjalny typ MOSFET z bramką w pewnej odległości”. W strukturze ISFET metalowa bramka standardowego MOSFET-a jest zastąpiona membraną jonoczułą , roztworem elektrolitu i elektrodą odniesienia .

ChemFET są oparte na zmodyfikowanym ISFET, koncepcji opracowanej przez Bergvelda w latach 70. Istnieje pewne zamieszanie co do relacji między ChemFET i ISFET. Podczas gdy ISFET wykrywa tylko jony, ChemFET wykrywa każdą substancję chemiczną (w tym jony).

Zobacz też

^ Reinhoudt, David N. (1992). „Zastosowanie chemii supramolekularnej w opracowywaniu jonoselektywnych CHEMFET” . Czujniki i elementy wykonawcze B: Chemiczne . 6 (1–3): 179–185. doi : 10.1016/0925-4005(92)80052-y .
^ Lugtenberg, Ronny JW; Antonisse, Martijn MG; Egberink, Richard JM; Engbersen, Johan FJ; Reinhoudt, David N. (1 stycznia 1996). „CHEMFET na bazie polisiloksanu do wykrywania jonów metali ciężkich” . Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 2 (9): 1937. doi : 10.1039/p29960001937 . ISSN 1364-5471 .
^ ^a ^b ^c Janata, Jiri (1 listopada 2004). „Trzydzieści lat CHEMFET-ów - osobisty pogląd”. Elektroanaliza . 16 (22): 1831–1835. doi : 10.1002/elan.200403070 . ISSN 1521-4109 .
^ ^abcd ^{Bergveld , P.}⁽ ^. 2003) „Trzydzieści lat ISFETOLOGII” . Czujniki i elementy wykonawcze B: Chemiczne . 88 (1): 1–20. doi : 10.1016/s0925-4005(02)00301-5 .
^ ^a ^b ^c ^d ^e Antonisse, Martijn MG; Reinhoudt, David N. (1 października 1999). „Potencjometryczne czujniki anionoselektywne”. Elektroanaliza . 11 (14): 1035. doi : 10.1002/(sici)1521-4109(199910)11:14<1035::aid-elan1035>3.0.co;2-i . ISSN 1521-4109 .
^ Wróblewski, Wojciech; Wojciechowski, Kamil; Dybko, Artur; Brzózka, Zbigniew; Egberink, Richard JM; Snellink-Ruël, Bianca HM; Reinhoudt, David N (2001). „Trwałość CHEMFET-ów selektywnych wobec fosforanów”. Czujniki i elementy wykonawcze B: Chemiczne . 78 (1–3): 315–319. doi : 10.1016/s0925-4005(01)00832-2 .
^ Antonisse, Martijn MG; Snellink-Ruël, Bianca HM; Engbersen, Johan FJ; Reinhoudt, David N. (1 stycznia 1998). „Chemicznie modyfikowane tranzystory polowe z selektywnością azotynów lub fluorków”. Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 2 (4): 775. doi : 10.1039/a709076e . ISSN 1364-5471 .
Bibliografia _ Obręcz, Taiuk; Baek, Chang-Ki; Meyyappan, M. (30 września 2015). „Chemiczny bramkowany tranzystor polowy poprzez hybrydową integrację jednowymiarowego nanoprzewodu krzemowego i dwuwymiarowej cienkiej warstwy tlenku cyny dla czujnika gazu małej mocy” . Zastosowane materiały i interfejsy ACS . 7 (38): 21263–9. doi : 10.1021/acsami.5b05479 . ISSN 1944-8244 . PMID 26381613 .
^ Jimenez-Jorquera, Cecilia; Orozko, Jahir; Baldi, Antoni (24 grudnia 2009). „Mikrosensory oparte na ISFET do monitorowania środowiska” . Czujniki . 10 (1): 66. Bibcode : 2009Senso..10...61J . doi : 10.3390/s100100061 . PMC 3270828 . PMID 22315527 .
^ ^a ^b Bergveld, Piet (październik 1985). „Wpływ czujników opartych na MOSFET” (PDF) . Czujniki i siłowniki . 8 (2): 109–127. Bibcode : 1985SeAc....8..109B . doi : 10.1016/0250-6874(85)87009-8 . ISSN 0250-6874 .
Bibliografia _ Pantelis Georgiou (grudzień 2011). „40 lat technologii ISFET: od wykrywania neuronów do sekwencjonowania DNA” . Listy elektroniczne . doi : 10.1049/el.2011.3231 . Źródło 13 maja 2016 r .
^ Schöning, Michael J.; Poghossian, Arshak (10 września 2002). „Ostatnie postępy w biologicznie wrażliwych tranzystorach polowych (BioFET)” (PDF) . Analityk . 127 (9): 1137–1151. Bibcode : 2002Ana...127.1137S . doi : 10.1039/B204444G . ISSN 1364-5528 . PMID 12375833 .

[1] Reinhoudt, David N. (1992). „Zastosowanie chemii supramolekularnej w opracowywaniu jonoselektywnych CHEMFET” . Czujniki i elementy wykonawcze B: Chemiczne . 6 (1–3): 179–185. doi : 10.1016/0925-4005(92)80052-y .

[2] Lugtenberg, Ronny JW; Antonisse, Martijn MG; Egberink, Richard JM; Engbersen, Johan FJ; Reinhoudt, David N. (1 stycznia 1996). „CHEMFET na bazie polisiloksanu do wykrywania jonów metali ciężkich” . Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 2 (9): 1937. doi : 10.1039/p29960001937 . ISSN 1364-5471 .

[:0-3] Janata, Jiri (1 listopada 2004). „Trzydzieści lat CHEMFET-ów - osobisty pogląd”. Elektroanaliza . 16 (22): 1831–1835. doi : 10.1002/elan.200403070 . ISSN 1521-4109 .

[:1-4] {Bergveld , P.}⁽ ^. 2003) „Trzydzieści lat ISFETOLOGII” . Czujniki i elementy wykonawcze B: Chemiczne . 88 (1): 1–20. doi : 10.1016/s0925-4005(02)00301-5 .

[:2-5] Antonisse, Martijn MG; Reinhoudt, David N. (1 października 1999). „Potencjometryczne czujniki anionoselektywne”. Elektroanaliza . 11 (14): 1035. doi : 10.1002/(sici)1521-4109(199910)11:14<1035::aid-elan1035>3.0.co;2-i . ISSN 1521-4109 .

[6] Wróblewski, Wojciech; Wojciechowski, Kamil; Dybko, Artur; Brzózka, Zbigniew; Egberink, Richard JM; Snellink-Ruël, Bianca HM; Reinhoudt, David N (2001). „Trwałość CHEMFET-ów selektywnych wobec fosforanów”. Czujniki i elementy wykonawcze B: Chemiczne . 78 (1–3): 315–319. doi : 10.1016/s0925-4005(01)00832-2 .

[7] Antonisse, Martijn MG; Snellink-Ruël, Bianca HM; Engbersen, Johan FJ; Reinhoudt, David N. (1 stycznia 1998). „Chemicznie modyfikowane tranzystory polowe z selektywnością azotynów lub fluorków”. Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 2 (4): 775. doi : 10.1039/a709076e . ISSN 1364-5471 .

[8] Bibliografia _ Obręcz, Taiuk; Baek, Chang-Ki; Meyyappan, M. (30 września 2015). „Chemiczny bramkowany tranzystor polowy poprzez hybrydową integrację jednowymiarowego nanoprzewodu krzemowego i dwuwymiarowej cienkiej warstwy tlenku cyny dla czujnika gazu małej mocy” . Zastosowane materiały i interfejsy ACS . 7 (38): 21263–9. doi : 10.1021/acsami.5b05479 . ISSN 1944-8244 . PMID 26381613 .

[9] Jimenez-Jorquera, Cecilia; Orozko, Jahir; Baldi, Antoni (24 grudnia 2009). „Mikrosensory oparte na ISFET do monitorowania środowiska” . Czujniki . 10 (1): 66. Bibcode : 2009Senso..10...61J . doi : 10.3390/s100100061 . PMC 3270828 . PMID 22315527 .

[Bergveld-10] Bergveld, Piet (październik 1985). „Wpływ czujników opartych na MOSFET” (PDF) . Czujniki i siłowniki . 8 (2): 109–127. Bibcode : 1985SeAc....8..109B . doi : 10.1016/0250-6874(85)87009-8 . ISSN 0250-6874 .

[Toumazou-11] Bibliografia _ Pantelis Georgiou (grudzień 2011). „40 lat technologii ISFET: od wykrywania neuronów do sekwencjonowania DNA” . Listy elektroniczne . doi : 10.1049/el.2011.3231 . Źródło 13 maja 2016 r .

[Schoning-12] Schöning, Michael J.; Poghossian, Arshak (10 września 2002). „Ostatnie postępy w biologicznie wrażliwych tranzystorach polowych (BioFET)” (PDF) . Analityk . 127 (9): 1137–1151. Bibcode : 2002Ana...127.1137S . doi : 10.1039/B204444G . ISSN 1364-5528 . PMID 12375833 .