CN114364976A

CN114364976A - 电化学fet传感器

Info

Publication number: CN114364976A
Application number: CN202080062414.0A
Authority: CN
Inventors: S·莱夫勒; I·塔米尔; D·施赖伯; H·马萨萨
Original assignee: Qulaibo Medical Co ltd
Current assignee: Qulaibo Medical Co ltd
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2020-07-10
Publication date: 2022-04-15
Also published as: US20230228704A1; WO2021009559A1; IL289729A; CA3147264A1; US11448612B2; US20220050076A1; JP7455187B2; CA3147264C; EP3997452A4; EP3997452A1; KR20220032099A; JP2022540248A

Abstract

一种传感器包括：工作电极，该工作电极与分析物溶液接触；放大器，包括：源极端子；漏极端子；背栅端子；以及纳米线，每个纳米线将源极端子电连接至漏极端子；以及绝缘体，该绝缘体具有第一侧和第二侧。工作电极位于绝缘体的第一侧。源极端子、漏极端子和纳米线位于绝缘体的第二侧。绝缘体防止工作电极、分析物溶液和源极端子、漏极端子或纳米线之间的直接电接触。工作电极被配置使得当化学物质存在于分析物溶液中时，在纳米线的位置引发电场的变化，从而引发源极端子与漏极端子之间相应的电流变化。

Description

电化学FET传感器

优先权声明

本专利申请要求2019年7月12日提交的美国临时申请号62/873,440的优先权，其公开内容整体通过引用结合于此。

技术领域

公开文本涉及感测，更具体地，涉及用于检测生物液体中的生物分析物的***和方法。

背景技术

检测水溶液或其他溶液中的各种化学和生物分析物可以使用不同的既定电化学方法来实现，包括电流分析法、电位法或基于阻抗的技术。

许多市售的三电极电流型传感器包括工作电极、反电极和参考电极。在典型设置中，三个电极与分析物溶液接触或浸入其中。市售电流型传感器的主要尺寸通常约为10mm长。在电流测量技术的情况下，将固定电压施加到参考电极和工作电极，驱动特定分析物的氧化还原反应，并在工作电极和反电极之间产生可检测的电流。

传统上，另一方面，电位测量技术可以被配置为被动地测量两个这样的电极之间的电势，而不发生通过电子的电化学反应。因此，在电位测量中，待测量的分析物不受测量过程的影响。传统上，电位传感器最低限度地使用包括工作电极和参考电极的双电极装置来测量由溶液中氧化还原物质的存在引起的工作电极电位的变化。

发明内容

该发明内容是本发明的各个方面的高级概述，并且介绍了在下面的具体实施方式部分中进一步详细描述的一些概念。该发明内容不旨在识别所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在单独用于确定所要求保护的主题的范围。应该通过参考整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每个权利要求来理解主题。

公开文本的实施方案涉及一种传感器，包括：工作电极，所述工作电极被配置为定位成与分析物溶液接触；放大器，包括：源极端子；漏极端子；以及多个纳米线，其中，所述多个纳米线中的每个将源极端子电连接至漏极端子；以及绝缘体，所述绝缘体具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，其中，所述工作电极位于绝缘体的第一侧，其中，(a)源极端子，(b)漏极端子，以及(c)多个纳米线位于绝缘体的第二侧，由此，所述绝缘体被配置为防止工作电极与(a)源极端子、(b)漏极端子或(c)多个纳米线之间的直接电接触，以及由此，所述绝缘体被配置为防止分析物溶液与(a)源极端子、(b)漏极端子或(c)多个纳米线之间的直接接触，其中，所述工作电极被配置使得当分析物溶液中存在电子传输介质时，引发多个纳米线的位置处的电场变化，并且其中，所述多个纳米线被配置使得当电场变化时，引发源极端子与漏极端子之间相应的电流变化。

在一个实施方案中，源极端子与漏极端子之间的距离在10微米到100微米的范围。

在一个实施方案中，绝缘体的厚度在10微米至1mm的范围。

在一个实施方案中，多个纳米线中的每个具有10微米至100微米范围的长度。

在一个实施方案中，工作电极、场效应晶体管和绝缘体处于堆叠构型。

在一个实施方案中，工作电极材料包括金、钛或铂中的至少一种。

在一个实施方案中，传感器具有0.00005mm²至0.005mm²的覆盖区(footrprint)。

在一个实施方案中，工作电极具有1微米至10,000微米的主要尺寸。

在一个实施方案中，纳米线具有正方形、矩形、三角形或梯形横截面中的一种。

在一个实施方案中，传感器包括1至100个纳米线。

在一个实施方案中，传感器还包括布置在工作电极上的水凝胶，水凝胶包括至少一种被配置为与分析物溶液中的分析物相互作用的酶。

在一个实施方案中，所述酶包括葡萄糖氧化酶、乳酸氧化酶、3-羟基丁酸脱氢酶、胆固醇氧化酶、丙酮酸氧化酶、甘油氧化酶、乙醇氧化酶、谷氨酰胺酶氧化酶、L-谷氨酸氧化酶、黄嘌呤氧化酶、L-谷氨酸氧化酶、胆碱氧化酶、肌氨酸氧化酶和抗坏血酸氧化酶或肌酸酐酶、肌酸酶、过氧化物酶、漆酶、酪氨酸酶、葡萄糖脱氢酶、乳酸脱氢酶、乙醇脱氢酶或谷氨酸脱氢酶中的一种。

在一个实施方案中，所述水凝胶被配置为与β-d-葡萄糖、L-乳酸盐、谷氨酰胺、胆固醇、甘油、丙酮酸盐、乙醇L-谷氨酸盐、胆碱乙酰胆碱、L-抗坏血酸、皮质醇、肌酸、肌酸酐、2-羟基丁酸盐、3-羟基丁酸盐或乙酰乙酸盐中的至少一种相互作用。

在一个实施方案中，电子传递介质是过氧化氢、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、抗坏血酸、咖啡因、对乙酰氨基酚、黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和黄素单核苷酸(FMN)或醌辅因子中的一种。

在一个实施方案中，传感器还包括沉积在所述工作电极上的粘合剂层，所述粘合剂层被配置为将水凝胶粘附至工作电极。

在一个实施方案中，每个纳米线的直径在1至500纳米的范围。

公开文本的实施方案还涉及一种微探针传感装置，包括：多个微探针，每个微探针包括被配置为***分析物溶液的尖端和位于尖端的传感器，每个传感器包括：工作电极，所述工作电极被配置为定位成与分析物溶液接触；放大器，包括：源极端子；漏极端子；以及多个纳米线，其中，所述多个纳米线中的每个将源极端子电连接至漏极端子；其中，所述多个纳米线中的每个具有1至500纳米范围的直径；以及绝缘体，所述绝缘体具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，其中，所述工作电极位于绝缘体的第一侧，其中，(a)源极端子，(b)漏极端子，以及(c)多个纳米线位于绝缘体的第二侧，由此，所述绝缘体被配置为防止工作电极与(a)源极端子、(b)漏极端子或(c)多个纳米线之间的直接电接触，以及由此，所述绝缘体被配置为防止分析物溶液与(a)源极端子、(b)漏极端子或(c)多个纳米线之间的直接接触，其中，所述工作电极被配置使得当分析物溶液中存在电子传输介质时，引发多个纳米线的位置处的电场变化，并且其中，所述多个纳米线被配置使得当电场变化时，引发源极端子与漏极端子之间相应的电流变化。

在一个实施方案中，多个微探针上的每个传感器共享工作电极。

在一个实施方案中，多个微探针被配置为检测至少两种电子传输介质。

在一个实施方案中，多个微探针平行定位。

公开文本的实施方案还涉及一种确定分析物溶液中存在葡萄糖的方法，所述方法包括：将传感装置的第一微探针的尖端和第二微探针的尖端***分析物溶液中，第一和第二微探针中的每个包括位于尖端的传感器，每个传感器包括：工作电极，所述工作电极被配置为定位成与分析物溶液接触；放大器，包括：源极端子；漏极端子；以及多个纳米线，其中，每个纳米线将源极端子电连接至漏极端子；以及绝缘体，所述绝缘体具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，其中，所述工作电极位于绝缘体的第一侧，其中，(a)源极端子，(b)漏极端子，以及(c)多个纳米线位于绝缘体的第二侧，由此，所述绝缘体被配置为防止工作电极与(a)源极端子、(b)漏极端子或(c)多个纳米线之间的直接电接触，以及由此，所述绝缘体被配置为防止分析物溶液与(a)源极端子、(b)漏极端子或(c)多个纳米线之间的直接接触，其中，第一微探针的传感器的工作电极包括嵌入其中的水凝胶，其中，所述水凝胶包含葡萄糖氧化酶；通过以下方式引发第一微探针的传感器的多个纳米线的位置处的第一电场的第一变化：(a)葡萄糖氧化酶与分析物溶液中的葡萄糖反应，以形成过氧化氢；以及(b)第一微探针的传感器的工作电极与以下物质的氧化还原反应：(1)分析物溶液中存在的氧化还原物质，以及(2)葡萄糖氧化酶与葡萄糖反应形成的过氧化氢；通过第二微探针的传感器的工作电极与分析物溶液中存在的氧化还原物质的氧化还原反应，引发第二微探针的传感器的多个纳米线的位置处的第二电场的第二变化；引发第一微探针的传感器的源极端子与第一微探针的传感器的漏极端子之间的第一电流的第一变化，所述第一电流的第一变化对应于第一电场的第一变化；引发第二微探针的传感器的源极端子与第二微探针的传感器的漏极端子之间的第二电流的第二变化，所述第二电流的第二变化对应于第二电场的第二变化；并且基于第一电流的第一变化和第二电流的第二变化之间的差异来确定分析物溶液中存在的葡萄糖的量。

公开文本的实施方案还涉及一种电化学过滤分析物溶液中存在的干扰化学物质的非期望检测的方法，所述方法包括：将位于传感装置尖端的传感器***分析物溶液，所述传感器包括：工作电极，所述工作电极被配置为定位成与分析物溶液接触；放大器，包括：源极端子；漏极端子；以及多个纳米线，其中，所述多个纳米线中的每个将源极端子电连接至漏极端子；以及绝缘体，所述绝缘体具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，其中，所述工作电极位于绝缘体的第一侧，其中，(a)源极端子，(b)漏极端子，以及(c)多个纳米线位于绝缘体的第二侧，由此，所述绝缘体被配置为防止工作电极与(a)源极端子、(b)漏极端子或(c)多个纳米线之间的直接电接触，以及由此，所述绝缘体被配置为防止分析物溶液与(a)源极端子、(b)漏极端子或(c)多个纳米线之间的直接接触，其中，所述工作电极被配置使得当分析物溶液中存在化学物质时，引发多个纳米线的位置处的电场变化，其中，所述多个纳米线被配置使得当电场变化时，引发源极端子与漏极端子之间相应的电流变化，调节(a)背栅电压；(b)工作电极电压；以及(c)源极电压，使得由非期望化学物质的存在引发源极端子与漏极端子之间的电流的最小变化。

公开文本的实施方案还涉及一种用于校准灵敏度和漂移校正的方法，所述方法包括：将位于传感装置尖端的传感器***分析物溶液，所述传感器包括：工作电极，所述工作电极被配置为定位成与分析物溶液接触；放大器，包括：源极端子；漏极端子；以及多个纳米线，其中，所述多个纳米线中的每个将源极端子电连接至漏极端子；以及绝缘体，所述绝缘体具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，其中，所述工作电极位于绝缘体的第一侧，其中，(a)源极端子，(b)漏极端子，以及(c)多个纳米线位于绝缘体的第二侧，由此，所述绝缘体被配置为防止工作电极与(a)源极端子、(b)漏极端子或(c)多个纳米线之间的直接电接触，以及由此，所述绝缘体被配置为防止分析物溶液与(a)源极端子、(b)漏极端子或(c)多个纳米线之间的直接接触，其中，所述工作电极被配置使得当分析物溶液中存在化学物质时，引发多个纳米线的位置处的电场变化，其中，所述多个纳米线被配置使得当电场变化时，引发源极端子与漏极端子之间相应的电流变化，通过调节(a)背栅电压；(b)工作电极电压；以及(c)源极电压，来识别给定分析物的传感器的性能图中的单一点，使得由分析物的存在引发源极端子与漏极端子之间的电流的最大变化。

附图说明

本文参考附图，仅通过示例的方式描述了公开文本的一些实施方案。现在具体参考附图，通过示例示出细节，并且是为了说明性讨论本发明的实施方案的目的。在这点上，结合附图的描述使本领域技术人员清楚如何实施本发明的实施方案。

图1是根据公开文本的一些实施方案的示例性硅纳米线(SiNW)场效应晶体管(FET)传感器的示意图；

图2是根据公开文本的一些实施方案的图1的SiNW FET传感器的纳米线的示例性横截面形状的示意图；

图3是根据公开文本的一些实施方案的具有含酶传感水凝胶的工作电极的示意图；

图4是在根据公开文本的一些实施方案进行的实验中使用的SiNW FET***的示意图；

图5是通过根据公开文本的一些实施方案的响应于氧化还原反应的SiNW FET***的纳米线的电流变化的曲线图；

图6是在根据公开文本的一些实施方案进行的实验中使用的SiNW FET***的另一示意图；

图7是通过根据公开文本的一些实施方案的响应于氧化还原反应的SiNW FET***的纳米线的电流变化的曲线图；

图8是根据公开文本的一些实施方案的示例性SiNW FET传感器的示意图；

图9是根据公开文本的一些实施方案的示例性SiNW FET传感器的示意图；

图10是当根据公开文本的一些实施方案的示例性FET传感器被引入1mM过氧化氢和342μM抗坏血酸溶液时的Isd电流的曲线图；

图11是当根据公开文本的一些实施方案的示例性FET传感器被引入到1mM过氧化氢和342μM抗坏血酸溶液中时的Isd电流的曲线图，该传感器被调谐，以调谐出抗坏血酸氧化还原信号；

图12是根据公开文本的一些实施方案的用于校准FET传感器的示例性过程的流程图；

图13是根据公开文本的一些实施方案的SiNW FET葡萄糖传感器在体外条件下的校准响应的曲线图；

图14是根据公开文本的一些实施方案的SiNW FET传感器在不同工作电极电压下对磷酸盐缓冲液的响应的曲线图；

图15是SiNW FET传感器在不同工作电极电压下对过氧化氢的响应的曲线图；

图16是根据公开文本的一些实施方案的多微探针传感芯片的示意图；

图17是根据公开文本的一些实施方案的多微探针传感芯片的立体图；

图18是根据公开文本的一些实施方案的多微探针传感芯片的微探针的放大视图；

图19是根据公开文本的一些实施方案的多微探针传感微芯片的微探针的示意图；

图20是根据公开文本的一些实施方案的用于多微探针传感微芯片的工作电极的SiNW FET传感器设置的示意图；

图21是根据公开文本的一些实施方案的在生产多微探针传感微芯片之前的绝缘体上硅晶片的示意图；

图22是根据公开文本的一些实施方案的多微探针传感微芯片的示例性生产方法的第一步骤的示意图；

图23是根据公开文本的一些实施方案的多微探针传感微芯片的示例性生产方法的第二步骤的示意图；

图24是根据公开文本的一些实施方案的多微探针传感微芯片的示例性生产方法的第三步骤的示意图；

图25是根据公开文本的一些实施方案的多微探针传感微芯片的示例性生产方法的第四步骤的示意图；

图26是根据公开文本的一些实施方案的多微探针传感微芯片的示例性生产方法的第五步骤的示意图；

图27是根据公开文本的一些实施方案的多微探针传感微芯片的示例性生产方法的第六步骤的示意图；

图28是根据公开文本的一些实施方案的多微探针传感微芯片的示例性生产方法的第七步骤的示意图；

图29是根据公开文本的一些实施方案的多微探针传感微芯片的示例性生产方法的第八步骤的示意图；

图30是根据公开文本的一些实施方案的多微探针传感微芯片的示例性生产方法的第九步骤的示意图；

图31是根据公开文本的一些实施方案的多微探针传感微芯片的示例性生产方法的第十步骤的示意图；

图32是根据公开文本的一些实施方案的多微探针传感微芯片的示例性生产方法中的第十一步骤的示意图；

图33是描绘根据公开文本的一些实施方案的来自SiNW FET传感器的电流随时间变化的曲线图；

图34是根据公开文本的一些实施方案的多微探针传感芯片的放大视图；

图35是根据公开文本的一些实施方案的微探针传感***的示意图；

图36是根据公开文本的一些实施方案的微探针传感***的贴片部分的立体图。

具体实施方式

以下对优选实施方案的描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明、其应用或用途。如通篇所用，范围用作描述该范围的每个值和所有值的简写。可以选择该范围的任何值，作为该范围的终点。此外，本文引用的所有参考文献整体通过引用结合于此。在公开文本中的定义和引用的参考文献的定义之间存在冲突的情况下，以公开文本为准。

旨在结合附图阅读根据本发明原理的说明性实施方案的描述，附图被认为是整个书面描述的一部分。在本文公开的本发明的实施方案的描述中，对方向或方位的任何引用仅仅是为了描述方便，而不是为了以任何方式限制本发明的范围。

诸如“下部”、“上部”、“水平”、“垂直”、“上方”、“下方”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”和“底”及其派生词(例如，“水平地”、“向下”、“向上”等)等相对术语应被解释为是指当时描述的或讨论中的附图所示的方向。这些相关术语仅是为了描述方便，并不要求在特定方向上构造或操作该设备，除非明确指出。

诸如“附接”、“固定”、“连接”、“耦合”、“互连”、“安装”等术语是指一种关系，其中，结构直接或通过中间结构间接固定或附接至彼此，并且指可移动或刚性的附接或关系，除非另有明确说明。

如说明书和权利要求书中所使用的，单数形式的“一种”、“一个”和“该”包括复数指代物，除非上下文另有明确规定。

诸如“左”、“右”、“内”、“外”、“上”、“下”等空间或方向术语不应被认为是限制性的，因为本发明可以采取各种可选的方向。

说明书和权利要求书中使用的所有数字应理解为在所有情况下都被术语“大约”修饰。术语“大约”是指所述值的正或负百分之十的范围。

除非另有说明，本文公开的所有范围或比率应理解为包括其中包含的任何和所有子范围或子比率。例如，“1至10”的规定范围或比率应被认为包括最小值1和最大值10之间(包括1和10)的任何和所有子范围；也就是说，以最小值1或更大值开始并以最大值10或更小值结束的所有子范围或子比率，例如但不限于1至6.1、3.5至7.8和5.5至10。

术语“第一”、“第二”等不是指任何特定的次序或顺序，而是指不同的条件、性质或元件。

此处提及的所有文件以其整体“通过引用结合于此”。

术语“至少”是指“大于或等于”。术语“不大于”是指“小于或等于”。

术语“包括”与“包含”同义。

如本文所用，术语“BGM”是指血糖监测。

如本文所用，术语“CGM”是指连续葡萄糖监测。

如本文所用，术语“工作电极”或“WE”也被称为“前栅电极”或“水栅电极”。工作电极通常是连接至电压源的金属(例如，金)沉积电极。

如本文所用，术语“工作电极电压”或“WE电压”是由电压源仪表/电位计施加到WE的电势。

如本文所用，术语“功函数”或“WF”描述了将电子从固体转移到固体表面之外的真空点所需的能量。WF呈现电势，其表现在例如位于溶液中的WE的表面/接口电势的表面/接口。WF是用电子伏特eV来测量的。

如本文所用，术语“Isd”或“源-漏电流”是指从半导体晶体管的源电极到漏电极流经半导体晶体管的电流。

如本文所用，术语“背栅”或“Bg”是指更远(相对于WE或前栅极)的电偏置电压栅极，其在大多数情况下位于硅SOI(绝缘体上硅)晶片的底部(手柄)。在生物和电化学应用中，FET Bg与溶液/分析物电分离。

如本文所用，术语“跨导图(trans-conductance graph)”是指将装置的通过输出的电流与装置输入端的电压相关联的电特性。在连续改变(扫描)前/后栅极电位的同时，通过测量Isd获得跨导值(trans-conductance value)。

如本文所用，术语场效应晶体管(FET)的“阈值电压”或“Vth”是指在源极端子与漏极端子之间产生导电路径所需的最小栅极-漏极电压。

如本文所用，术语“线”是指具有导电性的任何材料，即具有使电荷通过其自身、自身上和/或其体内的能力。在一些实施方案中，可以使用被定义为纳米管的中空结构。

如本文所用，术语“纳米线”是指一种纳米级、细长的半导体线状结构，最常由硅前体通过蚀刻固体或通过气相或液相催化生长形成。例如，在一些实施方案中，纳米线可以是“硅纳米线”或“SiNW”。

如本文所用，术语“PB”是指磷酸盐缓冲液。

如本文所用，术语“葡萄糖氧化酶”或“GOX”是指一种酶，该酶是对葡萄糖氧化成过氧化氢和D-葡糖酸-δ-内酯进行催化的氧化还原酶。

如本文所用，术语“乳酸氧化酶”或“LOX”指FMN(黄素单核苷酸)依赖性α羟基酸氧化酶。这种酶在溶解氧存在下催化L-乳酸盐氧化成丙酮酸盐，形成过氧化氢。

如本文所用，术语“间质液”或“组织液”或“ISF”是指浸泡和包围多细胞动物细胞的溶液。间质液存在于间隙，也称为组织间隙。

如本文所用，术语“场效应晶体管”或“FET”是指使用电场来控制电流流动的电子装置。这是通过向栅极端施加电压来实现的，这进而改变了漏极端子和源极端子之间的导电性。FET也被称为单极晶体管，因为它们涉及单载波类型的操作。存在许多不同类型的场效应晶体管。场效应晶体管通常在低频时显示非常高的输入阻抗。

如本文所用，术语“金属氧化物半导体场效应晶体管”或“MOSFET”是指一种场效应晶体管，最常见的是通过硅的受控氧化来制造。它具有绝缘栅极，其电压决定了装置的导电性。

如本文所用，术语“互补金属氧化物半导体场效应晶体管”或“CMOS-FET”是指使用互补和对称的p型和n型MOSFET对的典型设计风格。

如本文所用，术语“离子敏感场效应晶体管”或“ISFET”是指用于测量溶液中离子浓度的场效应晶体管；当离子浓度(例如，H+，见pH刻度)变化时，流经晶体管的电流也会相应变化。在此处，该溶液用作栅电极。衬底和氧化物表面之间的电压由于离子鞘而升高。

如本文所用，术语“电化学检测”是指一种分析方法，其可以检测电流或由测试化合物中的氧化还原反应或相互作用产生的电势变化。

如本文所用，术语“氧化-还原反应”或“氧化还原反应”是指一种涉及两种物质之间电子转移的化学反应。氧化是指分子、原子或离子失去电子或氧化态增加，“还原”是指分子、原子或离子获得电子或氧化态减少。

如本文所用，当用于化学应用时，术语“电流分析法”或“伏安法”是指基于电流或电流变化检测溶液中的化学物质。例如，电流分析法在电生理学中用于使用碳纤维电极研究囊泡释放事件。

如本文所用，当用于化学应用时，术语“电位确定法”是指基于电势的变化检测溶液中的化学物质。

如本文所用，术语“电流滴定”是指一种滴定类型，其中，通过测量滴定反应产生的电流来确定当量点。安培法可用于估算滴定的当量点和终点。

如本文所用，术语“电位滴定”是一种类似于氧化还原反应直接滴定的技术。这是表征酸的有用手段。不需要指标；取而代之的是测量横过分析物(通常是电解质溶液)的电位。

如本文所用，术语“非特异性传感器”或“校准微针”描述了具有或不具有不含酶或分析物特异性膜的水凝胶层的FET传感器。这种传感器的目的是检测分析物中化学物质的背景(基础水平)。这种非特异性传感器用于对组织中的环境变化进行亚结构分析，例如，由不同传感器记录的实际特异性测量的内在氧化还原和温度效应。

如本文所用，短语“化学物质”描述经受化学过程或测量的原子、分子、分子片段、离子等。一般来说，化学物质可以被定义为化学上相同的分子实体的集合，这些分子实体可以在定义的时间尺度上探索相同的分子能级集合。

如本文所用，短语“氧化还原反应性物质”描述了可以作为氧化剂或还原剂参与氧化还原反应或还原氧化反应并且能够改变另一种物质的一个或多个原子的氧化数的部分或化合物。这个短语用来描述氧化剂和还原剂。

如本文所用，“氧化剂”也可互换地称为“氧化试剂/氧化性剂”或“氧化/氧化性部分”或“氧化/氧化性物质”描述能够提高另一种物质的一个或多个原子的氧化数的部分、物质或化合物。通常，这种改变包括质子从另一种物质向氧化部分或化合物的转化。适于使用所述传感***检测的示例性氧化剂包括但不限于活性氧物质(ROS)或由活性氧物质产生的化合物。

活性氧物质包括氧原子为自由基形式(具有不成对的电子)的含氧分子和/或离子或容易产生以一个或多个氧自由基或单线态氧为特征的物质的分子或离子。示例包括但不限于：臭氧、过氧化物、RO-和ROO-，其中，R是有机部分或氢。在存在水或任何其他质子溶剂的情况下，ROS通常产生过氧化氢。因此，根据本发明的一些实施方案，过氧化氢或任何其它过氧化物是示例性的氧化剂。

如本文所用，“还原剂”也可互换地称为“还原性/还原试剂”或“还原/还原性部分”或“还原/还原性物质”，并且描述能够降低另一种物质的氧化值的部分、物质或化合物。通常，这种改变包括质子从还原剂向另一种物质的转化。

还原剂包括例如在释放一个或多个质子时形成稳定阴离子的部分或物质。示例性的这类试剂包括例如在释放一个或多个质子时形成稳定烯醇盐阴离子的含羟基试剂。本文给出了含有氧化胺基团的化合物或部分，作为示例。给出了N-烷基-或N,N-二烷基-羟基胺(例如，DMHA)，作为代表性示例。也可以考虑任何其他已知的还原剂。

如本文所用，“德拜长度”描述了发生显著电荷分离的距离。

如本文所用，术语“水凝胶”描述了包含至少20％，通常至少50％，或至少80％以及最高达约99.99％(质量)水的三维纤维网络。水凝胶可以被认为是一种主要是水的材料，但是由于在液体分散介质中由天然和/或合成聚合物链制成的三维交联固体状网络，其行为类似于固体或半固体。根据本发明的一些实施方案，水凝胶可以包含各种长度和化学组成的聚合物链，这取决于用于制备它的前体。聚合物链可以由单体、低聚物、嵌段聚合物单元组成，它们通过化学键(共价键、氢键和离子/络合物/金属键，通常是共价键)相互连接(交联)。网络形成材料包括小的聚集分子、颗粒或聚合物，它们形成延伸的细长结构，在片段之间具有互连(交联)。交联可以是共价键、配位相互作用、静电相互作用、疏水相互作用或偶极-偶极相互作用或网络段之间的链缠结的形式。在本实施方案的上下文中，聚合物链优选本质上是亲水的。

根据本发明的实施方案，水凝胶可以是生物来源的或合成制备的。

根据本发明的一些实施方案，水凝胶是生物相容的，并且使得当生物部分浸渍或积累在其中时，保持生物部分的活性，即，与生物部分在生理介质中的活性相比，生物部分的活性变化不超过30％，或不超过20％，或不超过10％。生物部分可以是传感部分或分析物。

根据本实施方案，可用于形成水凝胶的示例性聚合物或共聚物包括聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和任何前述物质的共聚物。其他示例包括聚醚、聚氨酯和聚(乙二醇)，通过交联基团官能化或与相容的交联剂结合使用。

一些具体的非限制性示例包括：聚(2-乙烯基吡啶)、聚(丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸)、聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚(N,N’-烯二丙烯酰胺)、聚(N-(N-丙基)丙烯酰胺、聚(甲丙烯酸)、聚(2-羟基丙烯酰胺)、聚(乙二醇)丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯和多糖(例如，葡聚糖、藻酸盐、琼脂糖等)以及前述的任何共聚物。

在一些实施方案中，设想形成这种聚合物链的水凝胶前体，包括其任何组合。

水凝胶通常由具有两个、三个或更多可聚合基团的二官能或三官能或多官能单体、低聚物或聚合物形成，或在存在这些二官能或三官能或多官能单体、低聚物或聚合物的情况下形成，这些二官能或三官能或多官能单体、低聚物或聚合物统称为水凝胶前体或水凝胶形成剂。多于一个可聚合基团的存在使得这种前体可交联，并允许形成三维网络。

示例性的可交联单体包括但不限于二丙烯酸酯和三丙烯酸酯单体家族，其具有两个或三个可聚合的官能团，其中一个可被认为是可交联的官能团。示例性的二丙烯酸酯单体包括但不限于亚甲基二丙烯酸酯和聚(乙二醇)n二甲基丙烯酸(nEGDMA)家族。示例性的三丙烯酸酯单体包括但不限于三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三(2-羟基乙基)异氰脲酸酯三丙烯酸酯、异氰脲酸三(2-丙烯酰氧基乙基)酯、乙氧基化的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯和甘油三丙烯酸酯、磷酰三(氧乙烯)三丙烯酸酯。

水凝胶可以采取从软、脆、弱到硬、弹性和韧性材料的物理形式。软水凝胶的特征在于流变参数，包括弹性和粘弹性参数，而硬水凝胶的合适特征在于拉伸强度参数、弹性、储存和损耗模量，因为这些术语是本领域已知的。

水凝胶的柔软度/硬度尤其由聚合物链的化学组成、“交联度”(链之间相互连接的链节数)、水性介质含量和组成以及温度决定。

根据本发明的一些实施方案，水凝胶可以包含大分子聚合物和/或纤维元件，其不与主交联网络化学连接，而是与其机械缠绕和/或浸入其中。这种大分子纤维元件可以是编织的(例如，在网状结构中)或非编织的，并且在一些实施方案中，可以用作水凝胶纤维网络的增强材料。这种大分子的非限制性示例包括聚己内酯、明胶、明胶甲基丙烯酸酯、藻酸盐、藻酸盐甲基丙烯酸酯、壳聚糖、壳聚糖甲基丙烯酸酯、二醇壳聚糖、二醇壳聚糖甲基丙烯酸酯、透明质酸(HA)、HA甲基丙烯酸酯和其他非交联的天然或合成聚合物链等。根据本发明的任何实施方案中的一些，这种非交联添加剂的量很少，通常在1ml水凝胶形成前体溶液中不超过100mg。

在一些实施方案中，水凝胶是多孔的，并且在一些实施方案中，水凝胶中的至少一部分孔是纳米孔，具有纳米级范围的平均体积。

在本文所述的任何实施方案中的一些实施方案中，水凝胶通过水凝胶和纳米结构表面上的相容反应基团之间形成的共价键直接或经由连接基团共价连接至纳米结构表面。

如本文所用，术语“分析物”也可互换地称为“目标分析物”或“目标分子”，并包括化学和生物物质，包括小分子和生物分子，例如但不限于肽、蛋白质、核苷酸、寡核苷酸和多核苷酸。

在一些实施方案中，如本文所述，样本是生物样本，分析物是生物分析物，即，如本文所定义的，存在于生物***(例如，受试者的生物***)中的化学或生物物质。

在一些实施方案中，术语分析物可以指***物、麻醉品以及其他危险材料。

在一些实施方案中，生物分析物是生物标志物。

如本文所用，术语“生物标志物”描述了指示受试者中疾病或障碍的存在和/或严重程度的化学或生物物质。示例性生物标志物包括小分子(例如，代谢物)、生物分子(例如，抗原、激素、受体和任何其他蛋白质)以及多核苷酸。可以考虑任何其他指示医学状况的存在和/或严重程度的物质。

如本文所用，术语“亲和力部分”是指以预定亲和力结合的分子，优选地，对标记物或生物标记物具有特异性。

如本文所用，术语“氧化胺”描述-N(OR')(R”)或-N(OR')-基团，其中，R'和R”如本文所定义。在氧化胺是端基的情况下，该术语是指-N(OR')(R”)基团，如上文定义该短语；在氧化胺是端基的情况下，该术语是指-N(OR')-基团，如上文定义该短语。

每当取代本文所述的基团、部分或化合物时，如本文所定义的，取代基可以是例如羟烷基、三卤烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、杂环烷基、胺、卤化物、磺酸盐、亚砜、膦酸酯、羟基、烷氧基、芳氧基、硫代羟基、硫代烷氧基、硫代芳氧基、氰基、硝基、偶氮、磺酰胺、C-羧酸酯、O-羧酸酯、N-硫代氨基甲酸酯、O-硫代氨基甲酸酯、尿素、硫脲、N-氨基甲酸酯、O-氨基甲酸酯、C-酰胺、N-酰胺、甲脒基、胍和肼中的一个或多个。

如本文所用，术语“配体”是指与中心金属原子结合以形成配位络合物的离子或分子(官能团)。与金属的结合通常包括一个或多个配体电子对的正式提供。

如本文所用，术语“过氧化物”描述一组结构为R-O-O-R的化合物。[1]过氧化物中的O-O基团被称为过氧化物基团或过氧基团。与氧化物离子相反，过氧化物离子中的氧原子具有-1的氧化态。

如本文所用，术语“甘汞”描述了化学式为Hg₂Cl₂的氯化汞矿物。在饱和甘汞电极中，甘汞用作金属汞和氯化物溶液之间的接口，在电化学中用于测量溶液中的pH和电势。在大多数电化学测量中，需要将电化学电池中的一个电极保持在恒定的电势。这个所谓的参考电极允许控制工作电极的电势。

如本文所用，术语“Pt电极”描述使用的铂电极，因为可以容易地吸附氢，并且是惰性金属，在电池工作期间不参与氧化还原反应。

如本文所用，术语“卤化物”和“卤素”描述氟、氯、溴或碘。

如本文所用，术语“卤代烷基”描述了如上定义的烷基，进一步被一种或多种卤化物取代。

如本文所用，术语“硫酸盐”描述了—O—S(＝O)2—OR’端基，如上定义的该术语，或者描述了—O—S(＝O)2—O—连接基团，如上定义的这些短语，其中，R’如上定义。

如本文所用，术语“硫代硫酸盐”描述了—O—S(＝S)(＝O)—OR’端基或—O—S(＝S)(＝O)—O—连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’如上文定义。

如本文所用，术语“亚硫酸盐”描述了—O—S(＝O)—O—R’端基或—O—S(＝O)—O—基团连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’如上文定义。

如本文所用，术语“硫代亚硫酸盐”描述了—O—S(＝S)—O—R’端基或—O—S(＝S)—O—基团连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’如上文定义。

如本文所用，术语“亚磺酸酯”描述了—S(＝O)—OR’端基或—S(＝O)—O—基团连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’如上文所定义。

如本文所用，术语“亚砜”或“亚磺酰基”描述了-S(＝O)R’端基或-S(＝O)-连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’如上文定义。

如本文所用，术语“磺酸盐”描述了—S(＝O)2—R’端基或—S(＝O)2—连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’如本文所定义。

如本文所用，术语“S-磺酰胺”描述了—S(＝O)2—NR’R”端基或—S(＝O)2—NR’连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’和R”如本文所定义。

如本文所用，术语“N-磺酰胺”描述了R’S(＝O)2-NR”端基或-S(＝O)2-NR’-连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’和R”如本文所定义。

如本文所用，术语“二硫化物”是指—S—SR’端基或—S—S—连接基团，如上文所定义的这些短语，其中，R’如本文所定义。

如本文所用，如本文所用，术语“羰基”或“碳酸酯”描述了—C(＝O)—R’端基或—C(＝O)—连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’如本文所定义。

如本文所用，本文所用的术语“硫代羰基”描述了—C(＝S)—R’端基或—C(＝S)—连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’如本文所定义。

如本文所用，术语“肟”描述了＝N-OH端基或＝N-O-连接基团，如这些短语在上文中所定义。

如本文所用，术语“羟基”描述了-OH基团。

如本文所用，术语“烷氧基”描述了-O-烷基和-O-环烷基，如本文所定义的。

如本文所用，术语“芳氧基”描述了-O-芳基和-O-杂芳基，如本文所定义的。

如本文所用，术语“硫代羟基”描述了-SH基。

如本文所用，术语“硫代烷氧基”描述了-S-烷基和-S-环烷基，如本文所定义的。

如本文所用，术语“硫代芳氧基”描述了-S-芳基和-S-杂芳基，如本文所定义的。

如本文所用，术语“氰基”描述了-C≡N基团。

如本文所用，术语“异氰酸酯”描述了—N＝C＝O基团。

如本文所用，术语“硝基”描述了—NO2基团。

如本文所用，术语“酰基卤”描述了—(C＝O)R””基团，其中，R””是卤化物，如上文所定义。

如本文所用，术语“偶氮”或“重氮”描述了-N＝NR’端基或-N＝N-连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’如上文所定义。

如本文所用，术语“C-羧酸酯”描述了—C(＝O)—OR’端基或—C(＝O)—O—连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’如本文所定义。

如本文所用，术语“O-羧酸盐”描述了—OC(＝O)R’端基或—OC(＝O)—连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’如本文所定义。

如本文所用，术语“C-硫代羧酸酯”描述了—C(＝S)—OR’端基或—C(＝S)—O—连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’如本文所定义。

如本文所用，术语“O-硫代羧酸盐”描述了-OC(＝S)R’端基或-OC(＝S)-连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’如本文所定义。

如本文所用，术语“N-氨基甲酸酯”描述了R”OC(＝O)—NR’—端基或—OC(＝O)—NR’—连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’和R”如本文所定义。

如本文所用，术语“O-氨基甲酸酯”描述了—OC(＝O)—NR’R”端基或—OC(＝O)—NR’—连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’和R”如本文所定义。

如本文所用，术语“O-硫代氨基甲酸酯”描述了—OC(＝S)—NR’R”端基或—OC(＝S)—NR’—连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’和R”如本文所定义。

如本文所用，术语“N-硫代氨基甲酸酯”描述了R”OC(＝S)NR’—端基或—OC(＝S)NR’—连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’和R”如本文所定义。

如本文所用，术语“S-二硫代氨基甲酸酯”描述了—SC(＝S)—NR’R”端基或—SC(＝S)NR’—连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’和R”如本文所定义。

如本文所用，术语“N-二硫代氨基甲酸酯”描述了R”SC(＝S)NR’—端基或—SC(＝S)NR’—连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’和R”如本文所定义。

如本文所用，术语“脲”在本文中也称为“脲基”，描述了—NR’C(＝O)—NR”R”’端基或—NR’C(＝O)—NR”-连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’和R”如本文中所定义，R”’如本文中对于R’和R”所定义。

如本文所用，术语“硫脲”在本文中也称为“硫代脲基”，描述了—NR’—C(＝S)—NR”R”’端基或—NR’—C(＝S)—NR”—连接基团，其中，R’、R”和R”’如本文所定义。

如本文所用，术语“C-酰胺”描述了—C(＝O)—NR’R”端基或—C(＝O)—NR’—连接基团，如上文所定义的这些短语，其中，R’和R”如本文所定义。

如本文所用，术语“N-酰胺”描述了R’C(＝O)—NR”—端基或R’C(＝O)—N—连接基团，如上文所定义的这些短语，其中，R’和R”如本文所定义。

如本文所用，术语“甲脒基”描述了R’R”NC(＝N)—端基或—R’NC(＝N)—连接基团，如上文所定义的这些短语，其中，R’和R”如本文所定义。

如本文所用，术语“胍”描述了—R’NC(＝N)—NR”R”’端基或—R’NC(＝N)—NR”-连接基团，如上文所定义的这些短语，其中，R’、R”和R”’如本文所定义。

如本文所用，术语“肼”描述了—NR’—NR”R”’端基或—NR’—NR”-连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’、R”和R”’如本文所定义。

如本文所用，术语“甲硅烷基”描述了-SiR’R”R”’端基或-SiR’R”-连接基团，如这些短语在上文中所定义的，其中，R’、R”和R”’中的每个如本文所定义。

如本文所用，术语“甲硅烷氧基”描述了-Si(OR’)R”R”’端基或-Si(OR’)R”-连接基团，如上文所定义的这些短语，其中，R’、R”和R”’中的每个如本文所定义。

如本文所用，术语“硅氮烷”描述了—Si(NR’R”)R”’端基或—Si(NR’R”)—连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’、R”和R”’中的每个如本文所定义。

如本文所用，术语“四正硅酸盐”描述了—O-Si(OR’)(OR”)(OR”’)端基或—O-Si(OR’)(OR”)—连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’、R”和R”’如本文所定义。

如本文所用，术语“酰肼”描述了—C(＝O)—NR’—NR”R”’端基或—C(＝O)—NR’—NR”-连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’、R”和R”’如本文所定义。

如本文所用，术语“硫酰肼”描述了—C(＝S)—NR’—NR”R”’端基或—C(＝S)—NR’—NR”-连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’、R”和R”’如本文所定义。

如本文所用，术语“亚甲基胺”描述了—NR’—CH2—CH＝CR”R”’端基或—NR’—CH2—CH＝CR”-连接基团，如这些短语在上文中所定义，其中，R’、R”和R”’如本文定义。

在一些实施方案中，公开文本涉及感测，更具体地，涉及用于确定样本(例如，生物样本)中分析物(例如但不限于生物分析物)的存在和/或量的方法和***以及其用途。本领域的技术人员将理解，公开文本的应用不必局限于在以下描述中阐述的和/或在附图和/或示例中示出的部件和/或方法的构造和布置的细节。公开文本能够具有其他实施方案，或者能够以各种方式实践或执行。

本发明涉及场效应晶体管(FET)的使用，其中，晶体管栅极的电极直接作为工作电极。在本发明中，使用栅电极作为工作电极，允许通过施加变化的电极电势和/或其任意组合来增加灵敏度、特异性和选择性。因此，可以调节所施加的电势，以匹配待分析的特定氧化还原物质的电势。根据公开文本的一些实施方案，通过使用化学惰性钝化层来隔离栅极氧化物材料与氧化还原物质的直接相互作用，消除了分析物-栅极相互作用。该钝化层可以显著降低离子、pH和其他溶液效应，并防止由于栅极表面退化引起的信号漂移。此外，根据公开文本的一些实施方案，通过在该设置中使用基于硅纳米线(SiNW)的FET，已经证明了优越的传感器灵敏度。根据公开文本的一些实施方案，由于SiNW高表面与体积比，实现了优越的传感器灵敏度。

通常，市售的传感器依赖于电流测量，因此需要在工作电极处收集足够的电子，以允许电流高于噪声水平。相反，在本纳米线敏感FET设置中，根据公开文本的一些实施方案，工作电极的小电势变化在相邻FET中产生相当大且可检测的电流变化，这将在下面进一步详细描述。因此，根据公开文本的一些实施方案，与市售的电化学传感器相比，纳米线敏感FET具有小型化的覆盖区，允许FET被放置在紧凑的装置中，例如但不限于微探针或微创微探针，旨在感测间质液中的代谢物和其他化学物质的阵列。根据公开文本的一些实施方案，与现有的电化学传感器相比，这种小足迹传感器的灵敏度是不匹配的。此外，根据公开文本的一些实施方案，使用这种小传感器的另一个优点是能够形成面积小于0.1mm²、或0.5mm²、或1.0mm²或2.0mm²的传感器阵列，允许并行感测多个不同的分析物。

在另一实施方案中，可以使用基于MOSFET的技术来替代纳米线传感元件，使MOSFET的金属栅极作为与分析物溶液接触的工作电极。在又一个实施方案中，基于CMOSFET的技术可以用来替代纳米线传感元件，使CMOSFET的金属栅极作为与分析物溶液接触的工作电极。

FET传感器：

根据公开文本的一些实施方案的一个方面，提供了一种无介体、氧化还原可调的电化学FET放大传感***(FET传感***)，包括工作电极、绝缘体和FET放大器。根据公开文本的实施方案，FET传感***被配置为检测样本(例如，生物样本)中分析物的存在和/或量。

现在参考附图，图1是根据公开文本的示例性实施方案的可调电位氧化还原-FET传感器100的示意图。FET传感器100包括用作工作电极102的栅电极和FET放大器104，FET放大器包括通过至少一个纳米线110连接至漏极端子108的源极端子106。如图1所示，FET放大器104通过化学和电绝缘体114与工作电极102和分析物溶液120隔离。如图所示，分析物溶液120位于由阱壁143限定的阱144中。工作电极102与FET放大器104的这种分离允许工作电极102位于阱144中的分析物溶液120内，而FET放大器104和分析物溶液120之间没有任何接触。通过绝缘体114将FET放大器104与分析物溶液120物理化学隔离，仅留下工作电极102暴露于分析物溶液120，增强了FET传感器100的特异性，并且至少减少了非期望FET电势漂移，这将在下面进一步详细描述。

在本发明的一些实施方案中，工作电极102是连接至电压源124的单个工作电极。在本发明的一些实施方案中，工作电极102包括贵金属，例如，金、铂、钌、铑、钯、银、锇、铱或非常耐腐蚀的类似贵金属，例如，钛、钽和/或碳。

在本发明的一些实施方案中，暴露的工作电极102的主要尺寸长度约为200微米。主要尺寸是观察平面中最长的尺寸。例如，圆导线横截面的主要尺寸是横截面的圆形直径。元件矩形横截面的主要尺寸是矩形对角线的长度。元件的三角形横截面的主要尺寸是三角形底边的长度。在其他实施方案中，工作电极102的主要尺寸为1微米至10,000微米，或100微米至10,000微米，或750微米至10,000微米，或1,500微米至10,000微米，或2,500微米至10,000微米，或5,000微米至10,000微米，或7,500微米至10,000微米。

在一些实施方案中，工作电极102的主要尺寸为1微米至12,000微米。在其他实施方案中，工作电极102的主要尺寸为1微米至10,000微米，或1微米至7,500微米，或1微米至5,000微米，或1微米至2,500微米，或1微米至1,000微米，或1微米至500微米，或1微米至250微米。

在其他实施方案中，工作电极102的主要尺寸为50微米至约250微米。在其他实施方案中，工作电极102的主要尺寸为100微米至750微米，或750微米至5000微米，或250微米至7000微米，或2500微米至3000微米，或1000微米至3000微米，或150微米至8000微米。

工作电极102被配置为与分析物溶液120中的分析物118相互作用。具体而言，存在从分析物118到工作电极102的电子转移，这产生了由FET放大器104检测的电场。在本发明的一些实施方案中，该电子转移是工作电极102和分析物118之间的氧化还原反应的结果。

在本发明的一些实施方案中，发生氧化还原反应，因为含酶的传感水凝胶116沉积在工作电极102上，如图3所示。具体而言，选择传感水凝胶116和水凝胶中酶的量，使得在接触分析物溶液120中的分析物118时，产生氧化还原分子，导致工作电极电势的移动。

如本文所定义的，“水凝胶”是包含至少20％、或至少50％、或至少80％和高达约99.99％(质量)水的三维纤维网络。水凝胶可以被认为是一种主要是水的材料，但是由于在液体分散介质中由天然和/或合成聚合物链制成的三维交联固体状网络，其行为类似于固体或半固体。根据公开文本的一些实施方案，水凝胶可以包含不同长度和化学组成的聚合物链，这取决于用于制备它的前体。聚合物链可以由单体、低聚物、嵌段聚合物单元组成，它们通过化学键(共价键、氢键和离子/络合物/金属键，通常是共价键)相互连接(交联)。

可用于形成根据本实施方案的传感水凝胶116的示例性聚合物或共聚物包括聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和任何前述物质的共聚物。其他示例包括聚醚、聚氨酯、官能化聚乙二醇、氧化还原水凝胶(例如，基于Os络合物的氧化还原水凝胶)和大分子单体。

在本发明的一些实施方案中，传感水凝胶116经由可选的粘合剂层(未示出)粘附至工作电极102。粘合剂层的一些示例包括但不限于聚氨酯、自组装单层或其组合。

在本发明的一些实施方案中，传感水凝胶116包括至少一种类型的酶128，其与分析物溶液120中待感测的特定对应分析物118相互作用。例如，在本发明的一些实施方案中，传感水凝胶116内的酶包括葡萄糖氧化酶、乳酸氧化酶、胆固醇氧化酶、丙酮酸氧化酶、甘油氧化酶、乙醇氧化酶、谷氨酰胺酶氧化酶、L-谷氨酸氧化酶、黄嘌呤氧化酶、L-谷氨酸氧化酶、胆碱氧化酶、肌氨酸氧化酶和抗坏血酸氧化酶或肌酸酐酶、肌酸酶、过氧化物酶、漆酶、酪氨酸酶或3-羟基丁酸脱氢酶、葡萄糖脱氢酶、乳酸脱氢酶、乙醇脱氢酶、谷氨酸脱氢酶。选择酶，使得酶与特定分析物118相互作用，例如，β-d-葡萄糖、L-乳酸盐、谷氨酰胺、胆固醇、甘油、丙酮酸盐、乙醇L-谷氨酸盐、胆碱乙酰胆碱、L-抗坏血酸、皮质醇、肌酸、肌酸酐、2-羟基丁酸盐或3-羟基丁酸盐，以形成电子传输辅因子，例如，过氧化氢、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和黄素单核苷酸(FMN)和醌辅因子。辅因子可以是无机的(例如，铁-硫簇)或有机金属的，例如，血红素。因此，在这些实施方案中，电子传输辅因子的形成产生了工作电极电势的电偏移，导致影响FET放大器104的周围电场的变化。诸如铁氰化物和二茂铁、亚甲蓝、吩嗪、甲基紫、茜素黄、普鲁士蓝、硫素、天青A和C、甲苯胺蓝和无机氧化还原离子等介质可以加入样本或固定在电极表面。

在本发明的一些实施方案中，额外的限制膜也可以沉积在工作电极102上，以提供对分析物118的扩散速率和/或浓度的控制。在本发明的一些实施方案中，限制膜是半透膜119，例如，全氟磺酸、醋酸纤维素、聚吡咯、聚氨酯、壳聚糖、聚(2-甲基丙烯酸羟乙酯)、HAs/聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(PDDA)和聚(苯乙烯磺酸盐)(PSS)/PDDA。这些半透膜119还可以减少干扰物质的检测，例如，尿酸、乳酸、抗坏血酸、对乙酰氨基酚和氧气。

在本发明的一些实施方案中，防污层(例如，嵌在共聚物基质中的醋酸纤维素杀生物剂)、含有磷酰胆碱(PC)取代的甲基丙烯酸酯单元的聚合物、抗微生物的N-卤胺聚合物、含氟烷基二醇的聚氨酯、聚(醚)接枝的聚(氨基甲酸酯)和六甲基二硅氧烷/O2的等离子体聚合物、环氧树脂、全氟磺酸、多肽、聚(乙二醇PEG)、聚甘油(PG)、多糖、聚噁唑啉、聚(丙烯亚砜)、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)、聚(磷酸酯)、乙烯基吡咯烷酮、聚(乙烯醇)(PVA)和两性离子聚合物(例如，磷酰胆碱)、聚(羧基甜菜碱丙烯酰胺)(pCBAA)和磺基甜菜碱或羧基甜菜碱聚合物可用于防止分析物扩散到传感水凝胶116中的堵塞和破坏。

回到图1，FET放大器104包括由至少一个纳米线110连接的源极端子106和漏极端子108。在工作电极102的电场附近，存在从源极端子106到漏极端子108跨越至少一个纳米线110的连续电流。然而，例如，由包含在工作电极102顶部的传感水凝胶116中并与半透膜119和分析物118接触的酶128对生物分析物的酶促氧化还原反应产生的氧化还原物质造成的周围电场的变化可能导致流过至少一个纳米线110的电流增加或减少。

在本发明的一些实施方案中，可以使用多个纳米线。当采用多个纳米线时，在本发明的一些实施方案中，纳米线排列成阵列。例如，纳米线可以大致彼此平行地排列。在本发明的一些实施方案中，FET放大器可以包括从1纳米线到100纳米线，或者从1纳米线到90纳米线，或者从1纳米线到75纳米线，或者从1纳米线到60纳米线，或者从1纳米线到45纳米线，或者从1纳米线到25纳米线，或者从1纳米线到10纳米线，或者从1纳米线到5纳米线。

在本发明的一些实施方案中，FET放大器可以包括从5纳米线到100纳米线，或者从15纳米线到100纳米线，或者从30纳米线到100纳米线，或者从40纳米线到100纳米线，或者从55纳米线到100纳米线，或者从70纳米线到100纳米线，或者从85纳米线到100纳米线，或者从95纳米线到100纳米线。

在本发明的一些实施方案中，FET放大器可以包括从15纳米线到65纳米线，或者从2纳米线到7纳米线，或者从10纳米线到15纳米线，或者从12纳米线到25纳米线，或者从35纳米线到55纳米线。

在本发明的一些实施方案中，至少一个纳米线110的圆形横截面的平均直径为1纳米至500纳米、或50纳米至500纳米、或150纳米至500纳米、或200纳米至500纳米、或250纳米至500纳米、或375纳米至500纳米、或450纳米至500纳米。

在一些实施方案中，圆形横截面的平均直径为1纳米至450纳米，或1纳米至400纳米，或1纳米至300纳米，或1纳米至250纳米，或1纳米至200纳米，或1纳米至150纳米，或1纳米至100纳米，或1纳米至50纳米。

在一些实施方案中，圆形横截面的平均直径为10纳米至50纳米，或150纳米至400纳米，或50纳米至300纳米，或100纳米至250纳米，或200纳米至250纳米，或100纳米至150纳米，或400纳米至450纳米，或350纳米至450纳米。

在本发明的一些实施方案中，至少一个纳米线110可以具有非圆形横截面。例如，至少一个纳米线110的横截面可以具有任何任意形状，包括但不限于圆形、正方形、矩形、椭圆形和管状。在本发明的一些实施方案中，至少一个纳米线110可以具有规则或不规则形状的横截面。图2描绘了根据公开文本实施方案的至少一个纳米线110的一些示例性横截面。例如，纳米线可以包括但不限于椭圆形111、半椭圆形113、矩形115、六边形117或梯形119。

在本发明的一些实施方案中，至少一个纳米线110的非圆形横截面主要尺寸为5纳米至1000纳米，或25纳米至1000纳米，或50纳米至1000纳米，或75纳米至1000纳米，或100纳米至1000纳米，或150纳米至1000纳米、或200纳米至1000纳米，或300纳米至1000纳米，或500纳米到1000纳米，或700纳米到1000纳米，或800纳米到1000纳米，或900纳米到1000纳米。

在一些实施方案中，至少一个纳米线110的非圆形主要尺寸为5纳米至900纳米、或5纳米至800纳米、或5纳米至700纳米、或5纳米至600纳米、或5纳米至500纳米、或5纳米至400纳米、或5纳米至300纳米、或5纳米至200纳米、或5纳米至150纳米、或5纳米至100纳米、或5纳米至50纳米、或5纳米至25纳米、或5纳米至10纳米。

在一些实施方案中，至少一个纳米线110的非圆形主要尺寸为10纳米至100纳米、或25纳米至75纳米、或250纳米至750纳米、或300纳米至500纳米、或100纳米至400纳米、或50纳米至150纳米。

在本发明的一些实施方案中，至少一个纳米线110具有1微米至500微米范围的长度。如本文所定义的，长度是从连接至源极端子106的第一端延伸到连接至漏极端子108的第二端的至少一个纳米线的尺寸。在本发明的一些实施方案中，至少一个纳米线110的长度在10微米至500微米、或50微米至500微米、或100微米至500微米、或150微米至500微米、或200微米至500微米、或250微米至500微米、或300微米至500微米、或400微米至500微米的范围。

在本发明的一些实施方案中，至少一个纳米线110的长度在1微米至400微米、或1微米至300微米、或1微米至250微米、或1微米至200微米、或1微米至100微米、或1微米至50微米、或1微米至25微米、或1微米至10微米的范围。

在本发明的一些实施方案中，至少一个纳米线110的长度在10微米至50微米、或50微米至150微米、或25微米至100微米、或300微米至400微米、或75微米至200微米、或5微米至75微米的范围。

为了增加电场灵敏度，在公开文本的一些实施方案中，FET放大器104包括硅纳米线(SiNW)。在公开文本的一些实施方案中，由于其显著高的表面积与体积比，SiNW对周围电场的微小变化做出响应。例如，假设半圆柱形纳米线，其中，纳米线的平坦部分与衬底接触，半圆柱半径R为50纳米(nm)，纳米线长度L为10微米，即10,000纳米。半圆柱纳米线的体积为V＝Pi/2*R²*L，半圆柱表面积为S＝2*Pi/2*R*L，表面积与体积的比值为比值(表面积/体积)＝2/R＝1/25＝0.04nm^-1。

在另一示例中，假设纳米线具有方形横截面，其中，方形边长SL为50纳米，纳米线长度L为10微米，即10,000nm。纳米线体积为V＝SL²*L，不与衬底接触的纳米线表面积(即矩形元件的三个面)为S＝3*SL*L。表面积与体积之比为比率(表面积/体积)＝3/SL＝3/50＝0.06nm^-1。

在一个实施方案中，表面积与体积之比(表面积/体积)小于1.000nm^-1，或小于0.800nm^-1，或小于0.500nm^-1，或小于0.250nm^-1，或小于0.100nm^-1，或小于0.080nm^-1，或小于0.040nm^-1，或小于0.020nm^-1，或小于0.010nm^-1，或小于0.005nm^-1，或小于0.003nm^-1，或小于0.002nm^-1。因此，源极-漏极电流(Isd)的变化以最小的损耗发生，提供了卓越的传感器灵敏度。

在本发明的一些实施方案中，至少一个纳米线110可以悬挂在衬底上方，如图2所示。

在本发明的一些实施方案中，与典型的FET传感器不同，电流FET传感器100的至少一个纳米线110不与分析物118接触，这将在下面进一步详细描述，提供了许多性能优势以及***设计的灵活性。在本发明的一些实施方案中，至少一个纳米线110的表面被化学钝化。在本发明的一些实施方案中，至少一个纳米线110的表面被化学钝化，并减少了由分析物溶液120产生的电噪声。在其他实施方案中，封装至少一个纳米线。在其他实施方案中，封装至少一个纳米线，并且被电隔离和化学隔离，并且保护其免受环境或溶液的影响。在其他实施方案中，至少一个纳米线110用金属氧化物、聚合物和/或其他绝缘体的涂层封装。在一些实施方案中，至少一个纳米线110的封装导致工作电极102的信号和可能由于分析物118与至少一个纳米线110的直接接触而产生的旁路信号的分离以及至少一个纳米线110的敏感表面的化学修饰。此外，由于以堆叠构型封装至少一个纳米线110，工作电极120可以被放置在至少一个纳米线110的顶部，允许形状因数的减小，如图9所示并且如下所述。

在一个实施方案中，通过用绝缘体覆盖至少一个纳米线来实现封装。在一个实施方案中，至少一个被覆盖的纳米线嵌入绝缘体中。

如图1所示，在本发明的一些实施方案中，FET传感器100还包括背栅电极126，其允许调节施加到工作电极102的电压。在该实施方案中，背栅电极126是硅基电极。如图1所示，背栅电极126通过介电氧化物层130与FET放大器104分离，介电氧化物层位于FET放大器104的下方并为其提供支撑。FET传感器104的选择性可以使用背栅电极126来调节，以通过向工作电极102施加不同的电压设置来具体感测不同的氧化还原物质。此外，通过介电氧化物层130将背栅电极126与分析物溶液120物理化学隔离进一步增强了FET传感器100的特异性，并消除了不希望的氧化还原电位漂移。

在本发明的一些实施方案中，图4-图7描绘了FET传感器100的一般作用机制。具体而言，氧化还原物质与所公开的装置的相互作用形成了相对于工作电极102的以eV为单位的特定功函数(WF)。这导致三种可能的结果中的一种，取决于工作电极的初始电位偏置。当WF和施加的工作电极电势相等

时，出现第一种可能的结果。在此处，整体电位不会改变，导致相邻FET Isd没有变化。

在WF高于所施加的工作电极电势

时，出现第二种可能的结果。在这种情况下，总电势将增加，导致P型半导体的Isd降低，N型半导体的Isd增加。图4-图5描绘了第二种情况，其中，在P型半导体，即至少一个纳米线110中，Isd降低。在这种配置中，分析物A导致工作电极的正极化，导致相邻的P型硅纳米线110处的自由电荷载流子(+)耗尽，从而减少流过漏极端子108的电流。在图5的曲线图中显示电流的这种减少。

在WF低于施加的工作电极电位

时，出现第三种可能的结果。在这种情况下，总电势将代表工作电极102和WF之间的差异，导致P型半导体中的Isd增加，而N型半导体中的Isd减少。图6-图7描绘了第三种情况，其中，在P型半导体，即硅纳米线110中，Isd增加。在这种配置中，分析物B导致工作电极102的负极化，导致自由电荷载流子(+)在相邻的硅纳米线110处累积，从而增加流过漏极端子108的电流。在图7的曲线图中显示电流的这种增加。

如前所述，所公开的FET传感器100的设置具有优越的传感器灵敏度，部分原因是使用了硅纳米线。虽然市售的传感器依赖于电流测量，其中，需要在工作电极处收集足够数量的电子，以提供高于电噪声水平的电流信号。此外，市售传感器通常需要至少两个电极与分析物溶液接触，这导致电噪声增加，并且还增加了传感器的尺寸。例如，典型的市售传感器长度约为10mm。相反，在硅纳米线敏感FET传感器100中，工作电极102的小电势变化在相邻的FET放大器104中产生相当大的电流升高。与电流型传感器相比，由于这种增加的电流升高，在本发明的一些实施方案中，FET传感器100可以具有大约0.0025mm²(0.05×0.05mm)的小型化覆盖区。在其他实施方案中，FET传感器100具有0.00005mm²至0.005mm²、或0.00006mm²至0.005mm²、或0.0001mm²至0.005mm²、或0.0005mm²至0.005mm²、或0.001mm²至0.005mm²的小型化覆盖区。

在其他实施方案中，FET传感器100可以具有0.00005mm²至0.001mm²、或0.00005mm²至0.0005mm²、或0.00005mm²至0.0001mm²、或0.00005mm²至0.00006mm²的小型化覆盖区。

在其他实施方案中，FET传感器100可以具有0.0001至0.001mm²、或0.0025至0.0005mm²、或0.0006至0.001mm²的小型化覆盖区。

在一些实施方案中，FET传感器100的小型化主要长度约为0.2mm。在其他实施方案中，FET传感器100的小型化主要长度为0.1mm至1.5mm，或0.1mm至1.3mm，或0.1mm至1.1mm，或0.1mm至0.9mm，或0.1mm至0.7mm，或0.1mm至0.5mm，或0.1mm至0.3mm。

在一些实施方案中，FET传感器100具有0.3mm至1.5mm、或0.5mm至1.5mm、或0.7mm至1.5mm、或0.9mm至1.5mm、或1.1mm至1.5mm、或1.3mm至1.5mm的小型化主要长度。

在其他实施方案中，FET传感器100具有0.3mm至1.1mm、或0.7mm至0.9mm、或0.9mm至1.3mm、或0.5mm至1.1mm、或0.3mm至0.5mm、或0.5mm至1.1mm、或0.7mm至1.3mm的小型化主要长度。FET传感器100的主要长度允许FET传感器100放置在紧凑的装置中，例如。旨在感测间质液中多种不同代谢物和其他化学物质的微探针或微创微探针。可以在图8中看到电流FET传感器100的小型化尺寸。

图9描绘了在本发明的一些实施方案中的可调电位氧化还原-FET传感器200的紧凑分层设计，由于用化学和电绝缘体214覆盖至少一个纳米线210，该传感器具有减小的形状因数。在该实施方案中，至少一个硅纳米线(SiNW)210连接至源极端子和漏极端子，以形成FET放大器204，类似于FET放大器104。然而，在该实施方案中，FET放大器204、工作电极202以及化学和电绝缘体214处于堆叠构型。具体地，工作电极202堆叠在绝缘体214上，绝缘体堆叠在FET放大器204上。绝缘体214将FET放大器204与工作电极202和阱244中的分析物溶液220分开。如图所示，该阱由聚合物阱壁243限定。此外，如图9所示，在该实施方案中，FET传感器200、背栅电极226和介电氧化物层230位于FET放大器204下方，提供了更紧凑的传感器设计和形状因数的降低。

FET传感器的校准

本发明中校准过程的一个目的是识别电压值或电压值范围，在该范围内，工作电极的性能将是鲁棒的和足够灵敏的。在一些情况下，校准过程还识别将支持工作电极的该性能水平的背栅电极的电压值或电压值范围。

在本发明的一些实施方案中，由于各种原因，可能需要校准过程。例如，在使用多个FET传感器的某些情况下，不同制造批次的装置之间可能存在差异。此外，在同一生产批次中，传感器性能可能存在差异。在其他情况下，当使用多个传感器时，可能需要校准，这些传感器的性能曲线具有相似的形状，但可能会以某种方式偏移。此外，在某些情况下，传感器性能可能会因自然材料退化或环境或外部因素而漂移，这可以通过校准来解决。

在本发明的一个方面，稳健的传感器性能导致传感器能够重复且一致地识别目标分析物，并且对其他材料和噪声不敏感。在本发明的另一方面，校准过程基于识别给定分析物的传感器性能图中的单一点。单一点可以是电压值或小电压范围，其中，传感器对特定分析物的响应(即Isd电流的变化)被最小化或变得不明显。

在本发明的一些实施方案中，随着电压水平从单一点处的电压值增加或减少，传感器对特定分析物的灵敏度将增加。在一个示例中，单一点可以被识别为响应曲线图中的峰或谷。对于峰或谷的两侧，响应是高度敏感的。这可以从例如对响应曲线图的一阶导数的分析中看出。在峰或谷中，一阶导数的值为零。在峰或谷的两侧，一阶导数的绝对值大于零。也就是说，增强了传感器的响应。因此，对于高灵敏度来说，工作电极电压将优先设置在等于单一点电压+/-偏移电压电平的值。

在示例性实施方案中，校准过程包括两种模式。“粗略校准模式”，其中，通过改变给定工作电极电压的背栅电压来实现单一点电压的识别；以及“微调校准模式”，其中，通过改变给定固定背栅电压的工作电极电压来实现单一点电压的识别。然而，这两种模式之间可能存在相互作用，因此校准模式的顺序很重要。对于给定的固定背栅电压，应通过微调模式最终确定单一点电压。

一旦确定了单一点电势，就向背栅电压和工作电极电压施加偏移电压。偏移电压水平和方向也是特定于分析物的，并通过实验根据经验确定。例如，在本发明的一个实施方案中，在过氧化氢感测的情况下，典型的工作电极偏移约为+/-0.2至0.5v，典型的背栅偏移约为+/-0.5至1v。这些偏移将为传感器性能提供鲁棒性和灵敏度，即，对期望的分析物的一致的高响应。

在本发明的一些实施方案中，图10-图11提供了传感器的适当调谐提供对可能的干扰物质或化学物质的过滤的方式的示例，使得在分析物溶液中仅检测到感兴趣的物质。具体而言，在一个示例中，图10-图11展示了如何防止抗坏血酸氧化还原的干扰。图10和图11的元图显示了当引入1mM过氧化氢和342μM抗坏血酸溶液时，同一装置的Isd电流记录。然而，背栅电压(VBg)和工作电极电压(VWE)是不同的。在图10中，VBg＝-1v，VWE＝-0.2。使用这些设置，过氧化氢的存在导致电流水平升高，同时传感器对抗坏血酸的反应减弱。

图12是在本发明的一些实施方案中的示例性校准过程的流程图。在模式I(背栅粗校准模式)中，背栅电压发生变化，而工作电极电压保持不变。在每个背栅电压设置下，检查响应，直到识别出单一点。然后，背栅工作电压被设置为等于识别单一点的电压电平+/-电压偏移的电压电平。一旦完成背栅粗校准，就可以开始工作电极电压的微调校准。

在通过水平虚线与图12中的模式I分开的模式II中，通过在背栅电压保持恒定的同时改变工作电极电压来执行工作电极的微调校准。在每个工作电极电压设置下，分析响应，直到识别出单一点。然后，工作电极电压被设置为等于识别单一点的电压电平+/-电压偏移的电压电平。

在某些情况下，部分校准(仅包括工作电极微调校准)可能就足够了。例如，如果传感器在过去已经被校准，并且应该进行定期校准，如果存在验证工作传感器的性能的操作动机，或者如果存在传感器组件的功能退化的担忧。背栅粗校准可以主要应用于新的传感器，或者在工作电极微调校准程序无法识别单一点的情况下。

图13描绘了在本发明的一些实施方案中，葡萄糖传感器在体外条件下对于不同葡萄糖浓度(在磷酸盐缓冲液中)的校准响应的曲线图。可以看出，葡萄糖浓度log²的曲线图是线性的，电流随着浓度的增加而增加，表明传感器信号正常化。

图14示出了在本发明的一些实施方案中，当工作电极电压在-0.7V至0.7V的范围扫过时，电流(Isd)相对于工作电极电压(WE)的曲线图。每个轨迹表示由如上所述的同一传感器单元重复记录的电流水平。在图14所示的样本中，当传感器暴露于磷酸盐缓冲液(PB)时，记录电流，使得在工作电极处不发生氧化还原反应。结果，图14所示的电流曲线遵循相对平滑的曲线。在类似的实验中，当相同的传感器暴露于1mM过氧化氢溶液中时，记录电流，从而发生氧化还原反应。结果，引发出测量电流的变化。可以看出，在大约-0.2V的平衡电压下存在拐点，最大电流上升响应在大约0.05V，最大电流上升响应在大约-0.45V。结果，这种电压扫描可以将-0.2V识别为拐点，这是降低(例如，调谐出)传感器对过氧化氢的响应的电压设置。这些发现与示例性离散固定电压实验有很好的相关性，其结果如图15所示。

从图中可以看出，当分析物在不同的WE电势下在PB和过氧化氢之间切换时，可以观察到三种不同的状态。从图中可以看出，在-0.2v的WE电压下，Isd响应于过氧化氢的引入的净变化可以忽略不计，这与电压扫描实验中观察到的拐点相关(图15)。在大约0-0.1V的WE电压下，存在响应于过氧化氢的可见净Isd电流升高，这与图15中在0.05v处看到的最大电流升高响应相关。在大约-0.3v至-0.4v的WE电压下，存在响应于过氧化氢的净Isd电流降低。

多微探针传感芯片

图16-图20描绘了根据公开文本的示例性实施方案的多微探针传感芯片132。如图16-图19所示，传感芯片132包括至少一个从传感芯片132的桥接部分134向外延伸的传感微探针136。至少一个传感微探针136具有将微探针142的尖端连接至桥部分134的主体140。微探针的尖端142可以具有任何形状，包括但不限于圆锥形、圆柱形、管状和金字塔形。在一个实施方案中，至少一个微探针136的尖端142是尖锐的，使得将形成微创皮肤穿透微探针。在本发明的一些实施方案中，至少一个微探针136是直的，但是也可以考虑非直的形状(例如，弯曲微探针、钩状微探针或半钩状微探针)。至少一个微探针136可以从微探针阵列的桥部分134垂直伸出。在本发明的一些实施方案中，至少一个微探针136具有附着到传感芯片132的桥部分134或与传感芯片的桥部分成一体的基座138，其中，主体140远离传感芯片132的桥部分134延伸。尖端142远离主体140，主体远离基部138。

在本发明的一些实施方案中，至少一个微探针136是中空的或者设有嵌入其中的阱144，并且包含至少一个开口，用于允许至少一个微探针136与至少一个微探针136外部的介质交换流体。图20是显示传感微探针136的一部分的放大示意图，在其远端部分具有阱144。在远端阱结构的另一实施方案中，FET传感元件可以位于另一环境/隔室中，例如，嵌入电介质材料中，该电介质材料允许感测作为传感器的阱部分处的分析物氧化还原活性的结果的WE电势。

本文使用的术语“阱”是指在一些实施方案中具有横截面为圆形、矩形或椭圆形开口的流体隔室。在一些实施方案中，开口是椭圆形的，其主要尺寸小于0.1mm、0.3mm、0.5mm、0.7mm、0.9mm、1.1mm、1.3mm或1.5mm。在一些实施方案中，椭圆形开口的次要尺寸小于主要尺寸的90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％或20％。

在一些实施方案中，开口基本上为矩形，其主要尺寸小于0.1mm、0.3mm、0.5mm、0.7mm、0.9mm、1.1mm、1.3mm或1.5mm。在一些实施方案中，基本为矩形的开口的次要尺寸小于主要尺寸的90％、或80％、或70％、或60％、或50％、或40％、或30％或20％。

在本发明的一些实施方案中，至少一个微探针在尖端具有开口。在本发明的一些实施方案中，至少一个微探针或其一部分可以是多孔的。或者，至少一个微探针可以是无孔的，在其主体上仅形成一个或几个开口。在本发明的一些实施方案中，至少一个微探针包括不可降解材料。

在本发明的一些实施方案中，选择至少一个微探针的直径，以留下小于约1μm的残余孔(在微探针***和取出之后)，从而避免形成允许细菌进入穿透伤口的孔。在本发明的一些实施方案中，穿透部分的长度被选择成允许穿透部分穿透皮肤，例如，超过角质层。在本发明的一些实施方案中，穿透部分的长度被选择成将尖端定位在有活力的表皮层中，而不是真皮层中。在示例性实施方案中，穿透部分的长度为0.05mm至1mm，或0.05mm至0.8mm，或0.05mm至0.75mm，或0.05mm至0.6mm，或0.05mm至0.5mm，或0.05mm至0.4mm，或0.05mm至0.3mm，或0.05mm至0.25mm，或0.05mm至0.15mm。

在本发明的一些实施方案中，穿透部分的长度为0.05mm至1mm，或0.15mm至1mm，或0.2mm至1mm，或0.35mm至1mm，或0.45mm至1mm，或0.5mm至1mm，或0.75mm至1mm，或0.85mm至1mm，或0.9mm至1mm。

在本发明的一些实施方案中，穿透部分的长度为0.35mm至0.75mm，或0.55mm至0.65mm，或0.75mm至0.95mm。在其他实施方案中，穿透部分的长度小于1mm，或小于2mm，或小于3mm，或小于4mm，或小于5mm。

传感芯片可以由各种材料构成，包括但不限于金属、陶瓷、半导体、有机物、聚合物和复合材料。

在本发明的一些实施方案中，微探针阵列包括各种长度的微探针、基底部分材料、主体部分直径(即量规)、尖端部分形状、微探针之间的间距、涂层等。

在本发明的一些实施方案中，每个微探针136包括位于但不限于微探针136的远端部分的FET传感器100。图20示出了根据本发明一些实施方案的位于至少一个微探针136上的FET传感器100的放大示意图。如图所示，每个微探针136包括工作电极102，该工作电极位于阱144处，以便当微探针136浸入分析物中时，与收集在其中的分析物溶液120接触。工作电极102包括迹线137，该迹线将至少一个微探针136的长度的至少一部分延伸到传感芯片132的主要部分134。在一些实施方案中，工作电极102和迹线137由相同的材料形成。在一些实施方案中，可以覆盖或封装工作电极102和/或迹线137的一部分。如图20所示，在传感芯片132的主要部分134上，至少一个FET放大器104位于工作电极102附近。如上所述，FET放大器104包括源极端子106、漏极端子108和连接源极端子106和漏极端子108的至少一个纳米线110。在示例性实施方案中，每个FET传感器100被设计成使用不同的分析物特异性材料进行功能化，例如，嵌入有上述酶的传感水凝胶116，以便实现多代谢物传感能力。例如，在本发明的一些实施方案中，每个FET传感器可以包括附着到嵌入在至少一个微探针136中的工作电极102的传感水凝胶116。

在一些实施方案中，至少一个微探针136可以均包括两个FET传感器100。在本发明的一些实施方案中，FET传感器100包括不止一个检测工作电极102中的电变化的FET放大器104。

在本发明的一些实施方案中，芯片包括一个或多个用于校准的微探针，其也从主要部分向外突出，类似于至少一个感测微探针。校准微探针可以具有与至少一个感测微探针相同的结构，但是在本发明的一些实施方案中，没有水凝胶，该水凝胶包含酶或被配置为与分析物溶液中的分析物反应的任何部分。然而，在本发明的一些实施方案中，校准微探针包括水凝胶，该水凝胶具有对除生物分析物之外的物质具有亲和力的部分。或者，校准微探针可以具有带有非传感部分或酶的水凝胶。

图21-图32示出了在本发明的一些实施方案中微芯片生产的示例性方法。如图21所示，在示例性实施方案中，使用具有掩埋氧化物层150和超薄硅装置层(例如，<100nm)152的绝缘体上硅(SOI)晶片148。装置层可以具有例如10¹⁵-10¹⁷原子/cm³的掺杂剂浓度。

在步骤1中，如图22所示，硅装置层152经由电子束、步进机或扫描仪光刻或其他等效的纳米光刻技术被光刻图案化。然后，可以经由湿法各向异性化学蚀刻或干法基于等离子体的硅蚀刻用反应物质蚀刻装置层152，以形成至少一个纳米线110或纳米线阵列。

在步骤2中，在形成至少一个纳米线110之后，穿过掩埋氧化物层150蚀刻背栅126，如图23所示。具体而言，背栅126被光刻图案化，然后经由光刻、步进机或扫描仪光刻蚀刻穿过掩埋氧化物层150。掩埋氧化物层150随后用反应性物质经由湿式各向同性化学蚀刻或干式基于等离子体的二氧化硅蚀刻来蚀刻。

在图24所示的步骤3中，使用光刻、步进机或扫描仪光刻来为工作电极102和接合焊盘190光刻图案化抗蚀剂。具体而言，经由蒸发、溅射或电沉积在光刻图案化的抗蚀剂中沉积金属叠层。金属叠层包括用于粘附和硅化物形成的初始层以及用于暴露于环境的贵金属层。在本发明的一些实施方案中，初始层是钛、镍或TiN中的一种。

在图25所示的步骤4中，经由湿法各向同性蚀刻或干法蚀刻来蚀刻天然二氧化硅，并且经由蒸发、溅射或电沉积将金属叠层194沉积在光刻图案化的抗蚀剂中，以在金属叠层和纳米线(在该实施方案中，SiNW 110)之间形成纳米线接触196。在一些实施方案中，金属叠层194包括用于粘附和硅化物形成的初始层(Ti、Ni或TiN)、具有较低电阻的第二金属层(Al、AlSi、AlSiCu、Pd、Au、Cu或Ag)和用于改善对后续钝化层的粘附的第三顶层(Ti、Al、Cr)。

在图26所示的步骤5中，至少一个纳米线触点(未示出)可以在惰性氮或氩气氛中或用形成气体进行快速热退火(RTA)。RTA引发的硅化物形成导致纳米线接触转变成接口体积197。

在图27所示的步骤6中，经由原子层沉积(ALD)、电感耦合等离子体-化学气相沉积(ICP-CVD)或原硅酸四乙酯(TEOS)沉积钝化层188，用于电隔离。在本发明的一些实施方案中，钝化层188包括氧化铝、氮化硅、二氧化硅或氮氧化硅中的一种。

在图28所示的步骤7中，经由光刻、步进机或扫描仪光刻在晶片背面光刻图案化抗蚀剂。经由湿法各向异性硅蚀刻或基于等离子体的各向异性深硅蚀刻(DSE)，用硅蚀刻背栅手柄198。

在图29-图30所示的步骤8中，开口174在钝化层188上光刻图案化。开口174然后用活性物质经由各向同性湿化学蚀刻或基于等离子体的干蚀刻穿过钝化层188蚀刻，以暴露工作电极102、背栅电极126和至少一个纳米线110。该蚀刻将至少一个纳米线110的贵金属暴露于环境中。

在图31所示的步骤9中，厚的永久光致抗蚀剂192经由光刻、步进机或扫描仪光刻被光刻图案化，以形成阱144。在本发明的一些实施方案中，光致抗蚀剂192在5至50微米的范围。在本发明的一些实施方案中，光致抗蚀剂192由SU-8或聚酰亚胺形成。

在图31所示的步骤10中，经由光刻、步进机或扫描仪光刻对抗蚀剂进行光刻图案化，以在至少一个微探针和微芯片上限定阱144和阱壁143。钝化层然后经由湿化学蚀刻或基于等离子体的干蚀刻用活性物质蚀刻。掩埋氧化物层也用活性物质通过湿化学蚀刻或基于等离子体的干蚀刻来蚀刻，而处理层硅经由基于等离子体的各向异性深硅蚀刻(DSE)来蚀刻。

最后，在图32所示的步骤11中，通过折断将微芯片132连接至晶片上的翼片，从硅晶片上移除单一微芯片132。

图33描述了在本发明的一些实施方案中在使用中具有单个FET传感器100的微芯片132如何随着时间测量不同浓度的例如化学物质。在该实施方案中，调谐FET传感器100，以测量过氧化氢。图33示出了来自单个FET传感器100的电流随时间的记录。在固定的工作电极电压下进行测量。从图中可以看出，改变过氧化氢浓度会导致流经FET放大器104的电流水平发生变化。具体而言，过氧化氢浓度的增加导致电流水平的降低，而过氧化氢浓度的降低导致电流水平的增加。例如，将过氧化氢浓度从10μM改为1mM，可将电流水平从约150nA降低至70nA。

图34描绘了在本发明的一些实施方案中被配置为监测分析物溶液中的葡萄糖、乳酸盐和抗坏血酸(AA)的多微探针传感芯片132的示例性设置。在该实施方案中，多微探针传感芯片包括六个微探针，每个微探针包括一个FET传感器。示例性实施方案包括对被配置为检测葡萄糖、乳酸盐和抗坏血酸的装置的具体讨论，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，装置可以被配置为在不脱离本文所述的更广泛原理的情况下，通过使用酶(即葡萄糖氧化酶、乳酸氧化酶、胆固醇氧化酶、丙酮酸氧化酶、甘油氧化酶、乙醇氧化酶、谷氨酰胺酶氧化酶、L-谷氨酸氧化酶、黄嘌呤氧化酶、L-谷氨酸氧化酶、胆碱氧化酶、肌氨酸氧化酶和抗坏血酸氧化酶或肌酸酐酶、肌酸酶、过氧化物酶、漆酶、酪氨酸酶或3-羟基丁酸脱氢酶、葡萄糖脱氢酶、乳酸脱氢酶、乙醇脱氢酶、谷氨酸脱氢酶)作为酶底物的其他分析物，来检测其他分析物(即β-d-葡萄糖、L-乳酸盐、谷氨酰胺、胆固醇、甘油、丙酮酸盐、乙醇L-谷氨酸盐、胆碱乙酰胆碱、L-抗坏血酸、皮质醇、肌酸、肌酸酐、2-羟基丁酸盐或3-羟基丁酸盐)

具体地，多微探针传感微芯片132包括具有第一FET传感器156的第一微探针154。在该实施方案中，第一FET传感器156的工作电极嵌入有含GOX的水凝胶。GOX与分析物溶液中的GOX反应，以产生过氧化氢(H₂O₂)。微芯片132的第二微探针158包括第二FET传感器160。在该实施方案中，第二FET传感器160的工作电极嵌入有含LOX的水凝胶。LOX与分析物溶液中的乳酸盐反应，以产生H₂O₂。多微探针传感芯片132的第三微探针162包括第三FET传感器164。然而，第三FET传感器164的工作电极嵌入了不含任何酶的水凝胶。因此，第三FET传感器164检测分析物溶液中的所有背景分析物，以允许校正来自第一和第二FET传感器156、160的测量值。在该实施方案中，第一、第二和第三FET传感器156、160、164中的每个都具有相同的电压设置，使得第三FET传感器164充当空白传感器，来补偿背景噪声。因此，通过从第一FET传感器输出中减去第三FET传感器输出，可以计算分析物溶液中的葡萄糖量。类似地，通过从第二FET传感器输出中减去第三FET传感器输出，可以计算分析物溶液中乳酸盐的量。

转到多微探针传感芯片132的第四微探针166，位于其上的第四FET传感器168在该实施方案中被指定为抗坏血酸传感器。在该实施方案中，第四FET传感器166的工作电极嵌入了不含酶的水凝胶，同时调节其电压，以最大化抗坏血酸(AA)感测。例如，背栅/工作电极电压可以被设置为更负的值。多微探针传感芯片132的第五微探针170包括第五FET传感器172。在该实施方案中，第五FET传感器172的工作电极嵌入有抗坏血酸氧化酶(AAOX)，其不产生过氧化氢，仅产生脱氢抗坏血酸和水。因此，AAOX用于消除AA，并且通过从第四传感器输出中减去第五FET传感器输出，可以计算AA浓度。多针传感芯片132的第六微探针173包括第六FET传感器175。在该实施方案中，第六FET传感器175的工作电极嵌入有离子特异性离子载体膜，以允许测量特定离子，例如，白僵菌素(Ca2+、Ba2+)、钙霉素或A23187(Mn2+、Ca2+、Mg2+)、Cezomycin、羰基氰化物间氯苯腙(CCCP)(H+)、恩镰孢菌素(铵)、短杆菌肽A(H+、Na+、K+)、罗奴霉素(Ca2+)、拉沙里菌素(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)、莫能菌素(Na+、H+)、尼日利亚菌素(K+、H+、Pb2+)、无活菌素(铵离子载体I)、盐霉素(K+)、替曲那新、缬氨霉素(钾离子载体I)、甲基盐霉素或其组合。

微探针传感***

在本发明的一些实施方案中，如图35-图36所示，多微探针传感芯片132包含到传感***180中。在本发明的一些实施方案中，传感***180被配置为贴片或可移除植入物，其允许监测多个生物分析物的存在、不存在或数量。如图35所示，在本发明的一些实施方案中，传感***180包括传感器贴片182，其具有用于接触受试者(人或动物)皮肤的皮肤接触表面184。在本发明的一些实施方案中，传感器贴片182被配置为保持多微探针传感芯片132，使得一个或多个感测微探针136从皮肤接触表面向外突出。在示例性实施方案中，至少一个微探针136可以从传感器贴片182的表面184垂直突出，或者从表面184以锐角突出。在本发明的一些实施方案中，电路附接到传感器贴片182。在本发明的一些实施方案中，电路相对于微探针位于衬底的相对侧。

图36描绘了根据公开文本的示例性实施方案的传感器贴片182。在本发明的一些实施方案中，传感器贴片表面184是粘附表面，允许衬底附着到皮肤上。例如，该表面可以包括或涂覆有皮肤粘附材料。在本发明的一些实施方案中，传感器贴片182还包含被选择用于预防或减少皮肤刺激的物质，例如但不限于瘙痒、潮红、皮疹、疼痛、湿疹和皮肤炎症。在本发明的一些实施方案中，传感器贴片182是柔性的。例如，传感器贴片182可以至少部分地由织造织物、非织造织物、塑料膜等制成。传感器贴片182的部分由例如弹性聚合物制成。合适的弹性聚合物衬底材料通常基于它们与制造工艺(软光刻、立体光刻和三维喷射印刷等)的兼容性来选择。考虑到聚合物化学、前体、合成方法、反应条件和潜在添加剂的巨大差异，考虑使用大量材料。弹性聚合物的代表性示例包括但不限于聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚氯丁二烯、聚异丁烯、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、聚氨酯和硅酮。也考虑了通常非弹性的聚合物。

这种聚合物的代表性示例包括但不限于PMMA和聚碳酸酯。

还设想了传感器贴片182由两种或多种材料制成的实施方案。例如，传感器贴片182的一部分可以由织造或非织造织物或薄膜制成，即，在本发明的一些实施方案中，涂覆有皮肤粘附材料，而另一部分用作微流体接口，其中，微探针136形成在微流体接口上或与微流体接口成一体。微流体接口可以比织物或薄膜更坚硬。

传感器贴片182的横向尺寸可以变化，这取决于接收表面14的受试者器官的尺寸。传感器贴片182的典型横向直径为但不限于约10mm至约50mm。

如上所述，在本发明的一些实施方案中，FET传感器对分析物溶液中氧化还原物质的响应可以通过例如电路来处理和测量。在本发明的一些实施方案中，该电路可以被构造成例如测量通过FET放大器的漏极端子的电流。

在本发明的一些实施方案中，位于传感芯片上的FET放大器直接或间接连接至电路。该电路向FET放大器施加电压。该电路通常包括电源和电压表或电流表。当传感水凝胶和溶液中的分析物之间的反应是氧化还原反应时，在本发明的一些实施方案中，该电路被配置为控制背栅到工作电极的电压设置。

应当理解，为了清楚起见，也可以在单个实施方案中提供在单独实施方案的上下文中描述的公开文本的某些特征。相反，为了简洁起见，也可以单独提供在单个实施方案的上下文中描述的公开文本的各种特征，或者以任何合适的子组合提供，或者适合于公开文本的任何其他描述的实施方案。在各种实施方案的上下文中描述的某些特征不被认为是这些实施方案的基本特征，除非该实施方案在没有这些元件的情况下不起作用。

Claims

1.一种传感器，包括：

工作电极，所述工作电极配置为被定位成与分析物溶液接触；

放大器，所述放大器包括：

源极端子；

漏极端子；和

多个纳米线，

其中所述多个纳米线中的每个将所述源极端子电连接至所述漏极端子；和

绝缘体，所述绝缘体具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，其中所述工作电极位于所述绝缘体的第一侧，

其中(a)所述源极端子、(b)所述漏极端子和(c)所述多个纳米线位于所述绝缘体的第二侧，

由此所述绝缘体被配置为防止所述工作电极与(a)所述源极端子、(b)所述漏极端子或(c)所述多个纳米线之间的直接电接触，并且

由此所述绝缘体被配置为防止所述分析物溶液与(a)所述源极端子、(b)所述漏极端子或(c)所述多个纳米线之间的直接接触，其中所述工作电极被配置使得当在所述分析物溶液中存在化学物质时，引发所述多个纳米线的位置处的电场的变化，其中所述多个纳米线被配置使得当所述电场变化时，引发所述源极端子与所述漏极端子之间相应的电流变化。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述源极端子与所述漏极端子之间的距离在0.5微米至10微米的范围。

3.根据权利要求1所述的传感器，其中所述源极端子与所述漏极端子之间的距离在10微米至100微米的范围。

4.根据权利要求1所述的传感器，其中所述绝缘体的厚度在10纳米至1微米的范围。

5.根据权利要求1所述的传感器，其中所述多个纳米线中的每个的长度在1微米至100微米的范围。

6.根据权利要求1所述的传感器，其中所述工作电极、场效应晶体管和所述绝缘体处于堆叠构型。

7.根据权利要求1所述的传感器，其中所述工作电极、场效应晶体管和所述绝缘体处于并排构型。

8.根据权利要求1所述的传感器，其中工作电极材料包括至少一种贵金属。

9.根据权利要求1所述的传感器，其中工作电极材料包括金属氧化物。

10.根据权利要求1所述的传感器，其中所述传感器具有0.00005mm²至0.005mm²的覆盖区。

11.根据权利要求1所述的传感器，其中工作电极暴露部分具有1微米至1000微米的主要尺寸。

12.根据权利要求1所述的传感器，其中每个纳米线具有1至500纳米范围的主要横截面尺寸。

13.根据权利要求1所述的传感器，其中所述纳米线具有圆形、方形、矩形、三角形或梯形横截面中的一种。

14.根据权利要求1所述的传感器，包括1至100个纳米线。

15.根据权利要求1所述的传感器，还包括布置在所述工作电极上的水凝胶，所述水凝胶包括至少一种配置为与所述分析物溶液中的分析物相互作用的酶。

16.根据权利要求15所述的传感器，其中所述酶包括葡萄糖氧化酶、乳酸氧化酶、3-羟基丁酸脱氢酶、胆固醇氧化酶、丙酮酸氧化酶、甘油氧化酶、乙醇氧化酶、谷氨酰胺酶氧化酶、L-谷氨酸氧化酶、黄嘌呤氧化酶、L-谷氨酸氧化酶、胆碱氧化酶、肌氨酸氧化酶和抗坏血酸氧化酶或肌酸酐酶、肌酸酶、过氧化物酶、漆酶、酪氨酸酶或3-羟基丁酸脱氢酶、葡萄糖脱氢酶、乳酸脱氢酶、乙醇脱氢酶或谷氨酸脱氢酶中的一种。

17.根据权利要求15所述的传感器，其中所述水凝胶被配置为与β-d-葡萄糖、L-乳酸盐、谷氨酰胺、胆固醇、甘油、丙酮酸盐、乙醇L-谷氨酸盐、胆碱乙酰胆碱、L-抗坏血酸、皮质醇、肌酸、肌酸酐、2-羟基丁酸盐或3-羟基丁酸盐中的至少一种相互作用。

18.根据权利要求15所述的传感器，其中所述化学物质是过氧化氢、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、抗坏血酸、咖啡因、对乙酰氨基酚、黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和黄素单核苷酸(FMN)或醌辅因子中的一种。

19.根据权利要求1所述的传感器，还包括沉积在所述工作电极上的粘合剂层，所述粘合剂层配置为将所述水凝胶粘附至所述工作电极。

20.一种微探针传感装置，包括：

多个微探针，每个微探针包括配置为被***分析物溶液的尖端和位于所述尖端处的传感器，每个传感器包括：

工作电极，所述工作电极配置为被定位成与所述分析物溶液接触；

放大器，所述放大器包括：

源极端子；

漏极端子；和

多个纳米线，

其中所述多个纳米线中的每个将所述源极端子电连接至所述漏极端子；

其中所述多个纳米线中的每个具有1至500纳米范围的主要横截面尺寸；和

由此所述绝缘体被配置为防止所述分析物溶液与(a)所述源极端子、(b)所述漏极端子或(c)所述多个纳米线之间的直接接触，其中所述工作电极被配置使得当在所述分析物溶液中存在化学物质时，引发所述多个纳米线的位置处的电场的变化，并且

其中所述多个纳米线被配置使得当所述电场变化时，引发所述源极端子与所述漏极端子之间相应的电流变化。

21.根据权利要求20所述的装置，其中所述多个微探针被配置为检测至少两种分析物。

22.根据权利要求20所述的装置，其中所述多个微探针中的至少一个是非特异性传感器。

23.根据权利要求20所述的装置，其中所述多个微探针被平行放置。

24.一种确定分析物溶液中葡萄糖的量的方法，所述方法包括：

将传感装置的第一微探针的尖端和第二微探针的尖端***所述分析物溶液，所述第一微探针和所述第二微探针中的每个包括位于尖端处的传感器，每个传感器包括：

放大器，所述放大器包括：

源极端子；

漏极端子；和

多个纳米线，

其中每个纳米线将所述源极端子电连接至所述漏极端子；和

绝缘体，所述绝缘体具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，

其中所述工作电极位于所述绝缘体的第一侧，

由此所述绝缘体被配置为防止所述分析物溶液与(a)所述源极端子、(b)所述漏极端子或(c)所述多个纳米线之间的直接接触，

其中所述第一微探针和所述第二微探针中的每个的传感器的工作电极包括嵌入其中的水凝胶，

其中所述第一微探针的水凝胶包含葡萄糖氧化酶；

通过如下引发所述第一微探针的传感器的多个纳米线的位置处的第一电场的第一变化：

(a)所述葡萄糖氧化酶与所述分析物溶液中的葡萄糖反应以形成过氧化氢；和

(b)所述第一微探针的传感器的工作电极与如下物质的氧化还原相互作用：

(1)所述分析物溶液中存在的氧化还原物质，以及

(2)由所述葡萄糖氧化酶与所述葡萄糖反应形成的过氧化氢；

通过所述第二微探针的传感器的工作电极与所述分析物溶液中存在的氧化还原物质的氧化还原相互作用，引发所述第二微探针的传感器的多个纳米线的位置处的第二电场的第二变化；

引发所述第一微探针的传感器的所述源极端子与所述第一微探针的传感器的所述漏极端子之间的第一电流的第一变化，所述第一电流的第一变化对应于所述第一电场的第一变化；

引发所述第二微探针的传感器的所述源极端子与所述第二微探针的传感器的所述漏极端子之间的第二电流的第二变化，所述第二电流的第二变化对应于所述第二电场的第二变化；并且

基于所述第一电流的第一变化与所述第二电流的第二变化之间的差异，确定所述分析物溶液中存在的葡萄糖的量。

25.一种用于电化学过滤分析物溶液中存在的干扰化学物质的非期望检测的方法，所述方法包括：

将位于传感装置的尖端处的传感器***所述分析物溶液，所述传感器包括：

放大器，所述放大器包括：

源极端子；

漏极端子；和

多个纳米线，

其中所述工作电极位于所述绝缘体的第一侧，

其中所述工作电极被配置使得当在所述分析物溶液中存在化学物质时，引发所述多个纳米线的位置处的电场的变化，

其中所述多个纳米线被配置使得当所述电场变化时，引发所述源极端子与所述漏极端子之间相应的电流变化，

调节(a)背栅电压、(b)工作电极电压和(c)源极电压，使得由非期望化学物质的存在而引发所述源极端子与所述漏极端子之间的最小电流变化。

26.一种用于校准灵敏度和漂移校正的方法，所述方法包括：

将位于传感装置的尖端处的传感器***分析物溶液，所述传感器包括：

放大器，所述放大器包括：

源极端子；

漏极端子；和

多个纳米线，

其中所述工作电极位于所述绝缘体的第一侧，

通过调节(a)背栅电压、(b)工作电极电压和(c)源极电压，识别给定分析物的传感器的性能图中的单一点，使得由所述分析物的存在而引发所述源极端子与所述漏极端子之间的最大电流变化。