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강혜림 (한국전자기술연구원) 윤수미 (한국전자기술연구원) 홍동기 (한국전자기술연구원) 송성아 (한국전자기술연구원) 김용주 (한국전자기술연구원) 김원효 (한국전자기술연구원) 성우경 (한국전자기술연구원) 이국녕 (한국전자기술연구원)
저널정보
한국바이오칩학회 BioChip Journal BioChip Journal Vol.14 No.4
발행연도
2020.1
수록면
381 - 389 (9page)

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Many studies have been conducted on the use of nano field-effect transistor (nanoFET) sensors for the detection of biological species. However, the practical application of nanoFET-based biosensors is difficult because their operating principle has not been clarified. Most existing studies focused on ion concentration and pH level in a solution, the Debye length (the physical distance at which charged particles affect the electric field), and the surface potential of the gate electrode of the nanoFET device. In this study, we verified the operating principle of the nano- FET biosensor with an extended gate electrode and established an equivalent circuit. We experimented using a solution with different pH levels to demonstrate the operating principle of the sensor. Additionally, we analyzed the responses of the device based on the material of the extended gate electrode, the effects of the reference electrode, and the connection configuration of the electrodes. We derived an equivalent circuit to explain how the nanoFET sensor works. The analysis results show that the operating principle of measuring pH or biomolecules depends on the change of the polar capacitor in the liquid-electrode interface on the surface of the sensing electrode. The roles of the reference and extended gate electrodes were clearly explained in this paper. The results of this research will improve the understanding of the operating principle of nanoFET-based biosensors and accelerate the studies for practical biosensor applications of nanoFET devices.
#Nano field-effect transistor biosensor #Extended gate electrode #Reference electrode #Liquid– electrode interface capacitance #Equivalent circuit #Operating principle

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Schöning, M. J. / 2002 / Recent advances in biologically sensitive field-effect transistor (Bio-FETs) / Analyst 127:1137~1151 google schola Star, A. / 2003 / Electronic detection of specific protein binding using nanotube FET devices / Nano Lett. 3:459~463 google schola Lee, C. -S. / 2009 / Ion-sensitive fieldeffect transistor for biological sensing / Sensors 9:7111~7131 google schola Pachauri, V. / 2016 / Biologically sensitive field-effect transistors: from ISFET to NanoFETs / Essays Biochem 60:81~90 google schola Kaisti, M. / 2017 / Detection principles of biological and chemical FET sensors / Biosens. Bioelectron 98:437~448 google schola

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