Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
потенциала. В случае метанола и метилен-хлорида первоначальный быстрый
отклик сопровождается сильным, но более медленным выходным сигналом;
причиной этого явления могут быть различные кинетика адсорбции и(или)
ориентация молекул на платине и(или) диэлектрике (нитриде кремния). В
настоящее время эта проблема изучается. Очень большое время затухания
сигнала до величины фона обусловлено медленной десорбцией из стенок
системы ввода газа. В последующих экспериментах сенсор был подсоединен к
выходу колонки газового хроматографа; в этом случае временные
характеристики сенсора улучшились.
ГПТ с висящим затвором выгодно отличается от ГПТ с палладиевым затвором
тем, что в первом случае селективность сенсора не ограничивается только
одним веществом. В том виде, в каком ГПТ с висящим затвором существуют
сейчас, они чувствительны к большинству полярных молекул. В настоящее
время изучаются пути химической модификации поверхностей элементов
затвора, которые, возможно, позволят придать этим новым сенсорам ту или
иную степень селективности.
26.9. Заключение
В этой главе мы рассмотрели теорию химически чувствительных полевых
транзисторов нескольких типов и проблемы, связанные с их применением.
Целью авторов являлся не детальный обзор литературы, а обсуждение
важнейших направлений исследований в этой области.
Из различных ХЧПТ наибольшие успехи достигнуты в области ионоселективных
ПТ. Отчасти это обусловлено доступностью ионоселективных мембран, широко
изучавшихся с точки зрения их применения в ИСЭ. ИСПТ следует
рассматривать как дополнение к ИСЭ, причем в ряде конкретных областей
применения ИСПТ может иметь определенные преимущества перед ИСЭ.
Преобразование общего сопротивления in situ позволяет обходиться без
громоздких экранированных кабелей при низком уровне шума. Это
преимущество сенсоров на основе ИСПТ, а также их миниатюрность делают
ИСПТ идеальным инструментом для экспериментов in vivo, например для
контроля концентраций электролитов в организме, когда важную роль играют
размеры как самого сенсора, так и соединяющих кабелей. Твердотельная
структура сенсоров ИСПТ (в особенности отсутствие необходимого для ИСЭ
внутреннего раствора) делает ИСПТ небольшим, легким и достаточно прочным.
Поскольку размер каждого ПТ на поверхности кристалла может быть очень
малым, то принципиально возможно создание сенсоров, способных
одновременно определять несколько различных веществ. Для этого, однако,
необходимо разработать метод осаждения мембраны, позволяющий надежно
нанести на один кристалл с микросхемой несколько небольших мембран,
располагающихся очень близко одна от другой. Поскольку сенсоры
изготовляют на полупроводниковой подложке, то не представляет затруднений
создание дополнительной схемы обработки сигнала, выполняющей, например,
мультиплексирование или аналого-цифровое преобразование сигнала. Наконец,
поскольку микросхемы производятся тысячами одновременно на одной
кремниевой пластине, их стоимость в принципе может быть очень малой.
Снижению цены и трудоемкости производства ИСПТ препятствует отсутствие
автоматических способов осаждения мембраны и герметизации.
Химически чувствительные полевые транзисторы
423
Химически чувствительные полевые транзисторы чрезвычайно интересны и с
той точки зрения, что с их помощью многие вещества можно определять на
базе таких механизмов, которые ранее было трудно или даже невозможно
реализовать. В частности, поляризованные ХЧПТ в принципе позволяют
определять изменения поверхностного заряда, который может быть
индуцирован специфическими взаимодействиями иммунореагентов на
поверхностях. К сожалению, разработке сенсоров такого типа может
препятствовать необходимость создания почти идеально поляризованной
границы раздела. Другим важным направлением является разработка газовых
сенсоров на основе ПТ, в которых используются такие механизмы
чувствительности к газам, какие не удавалось реализовать ранее в других
аналитических устройствах.
Хотя химически чувствительные полевые транзисторы только начинают
изучаться, и в этом направлении еще предстоит проделать огромную работу,
химические сенсоры этого типа представляются весьма перспективными с
точки зрения их потенциальных преимуществ перед сенсорами других типов.
Кроме того, ХЧПТ впервые позволили использовать новые механизмы
определения многих веществ.
ЛИТЕРАТУРА
1. ZemelJ.N. Ion-sensilive field effect transistors and related devices.
Anal. Chem., 47, 255A-66A (1975).
2. Janata J., Huber R.J. Ion sensitive field effect transistors. lon-Sel.
Electrode Rev., 1, 31-78 (1979).
3. Muller R.S., Kamins T.I. Device electronics for integrated circuits.
John Wiley, New York, 1977.
4. Sze S.E. Physics of semiconductor devices. 2nd edition, John Wiley,
New York, 1981.
5. Colclaser R.A. Microelectronics: processing and device design. John
Wiley, New York, 1980.
6. Blackburn G. F. Molecular adsorption measurement with chemically
