前言

基于荧光的检测系统是分析物检测的实验室技术。然而，将标准荧光检测技术直接小型化以并入便携式工具并非易事。主要挑战包括:(一)光学传感策略的长期不稳定性和(二)精确光电探测所需的电子设备的成本和复杂性。比率传感缓解了荧光传感小型化中的某些关键问题。比率测量消除了与分析物浓度相关的光强依赖测量，并固有地补偿了由于激发光波动引起的强度漂移。在比率荧光传感系统中，福斯特共振能量转移(FRET)异常灵敏。与传统的单染料荧光探针相比，基于FRET的系统具有更高的灵敏度信噪比和提高的灵敏度，因为其信号由分析物门控。迄今为止，荧光比率传感器已经通过不同的途径进行了研究，如测试条、成像和荧光分光光度计[5]。测试条尤其可以作为便携式光度计提供对分析物的快速检测。

研究内容

加州大学的研究人员的目标是开发一个电子平台，用于实时、可逆、可量化的分析物浓度测量。他们首次展示了一个实验系统，该系统将基于FRET的生物目标比率传感与微制造的多结光电探测器相结合。简而言之，他们设计并制作了一个新的基于毛细管电泳的酒石酸传感FRET系统和一个用于比率检测的BDJ光电二极管。在这里，使用一个简单的电子系统来验证这种系统的性能，并描述了由于化学和电子系统之间的相互作用而在商业开发中涉及的设计考虑。据悉，还没有人系统地评估过化学和电子传感器的集成以及使用发光二极管模拟荧光响应所产生的潜在问题。因此，这项工作为未来基于FRET-BDJ的传感策略提供了巨大的希望，并将有助于基于FRET的传感器和分析仪的商业化。

实验方法

最近已经探索了将掩埋双结(BDJ)检测器与比率荧光分析集成的概念。然而，没有一个系统被实验证明能同时集成两者。他们的BDJ光电探测器结构利用了硅对光的波长依赖性吸收。较短波长的入射光在表面附近被吸收，而较长波长的入射光穿透更大的深度。设计了一种硅光电探测器，它可以感应两种特定波长范围的光。为此，在不同的垂直深度掺杂了三个不同的硅层(n、p和n +阱)，以创建两个不同的耗尽区，其中光电流在每个顶部和底部结处产生。在这种情况下，顶部结被构建为对425纳米(CPE的发射峰)的光敏感，而底部结对更长波长的光敏感(对应于FDBA的发射峰)。应该注意的是，这些波长灵敏度基于掺杂是可调的。

目标小分子的比率式FRET传感策略。

使用埋入式双结(BDJ)平台的比率式FRET传感策略。

用集成BDJ光电二极管验证比率分析物传感。

结论

研究人员展示了将基于FRET的化学传感系统和电子BDJ光电探测器系统成功集成到一个设备中，该设备能够以比率方式测量生物分析物浓度，而与发射光的强度无关。通过该系统，实现了浓度为0–1.5mM的酒石酸的比率检测，分辨率为0.3 mM，无需使用复杂或昂贵的光学或电子设备。简化系统表明，由于综合光谱效应，BDJ响应与化学系统高度耦合，与常规荧光测量相比，这可能导致抑制的比率测量行为。这需要进一步研究，以评估BDJ光电二极管的可能比率范围，但为设计和制造用于检测生物相关目标的高精度、低功耗、长期稳定的电化学系统开辟了道路。

https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112364。