Material Canggih untuk Transistor Efek Medan Biologis (Bio-FET) dalam Perawatan Kesehatan Presisi dan Biosensing

Abstrak
Transistor Efek Medan Biologis (Bio-FET) mendefinisikan ulang standar biosensing dengan memungkinkan deteksi biomolekul yang bebas label, waktu nyata, dan sangat sensitif. Inti dari inovasi ini adalah peran pemberdayaan mendasar dari material canggih, seperti graphene, molybdenum disulfide, karbon nanotube, dan silikon. Material-material ini, ketika dimanfaatkan dengan probe biomolekuler hilir seperti aptamer, antibodi, dan enzim, memungkinkan Bio-FET menawarkan sensitivitas dan presisi yang tak tertandingi. Tinjauan ini merupakan pemaparan tentang bagaimana kemajuan dalam ilmu material telah memungkinkan Bio-FET untuk mendeteksi biomarker dalam konsentrasi yang sangat rendah, dari tingkat femtomolar hingga attomolar, yang memastikan stabilitas dan keandalan perangkat. Secara khusus, tinjauan ini meneliti bagaimana penggabungan arsitektur material mutakhir, seperti desain yang fleksibel/dapat diregangkan dan multipleks, memperluas batas-batas biosensing dan berkontribusi pada pengembangan platform Bio-FET yang lebih mudah beradaptasi dan ramah pengguna. Fokus utama ditempatkan pada sinergi Bio-FET dengan kecerdasan buatan (AI), Internet of Things (IoT), dan pendekatan material berkelanjutan sebagai jalur cepat menuju transisi dari penelitian ke aplikasi perawatan kesehatan praktis. Tinjauan ini juga mengeksplorasi tantangan terkini seperti reproduktifitas material, daya tahan operasional, dan efektivitas biaya. Tinjauan ini menguraikan strategi yang ditargetkan untuk mengatasi rintangan ini dan memfasilitasi manufaktur yang dapat diskalakan. Dengan menekankan peran transformatif yang dimainkan oleh material canggih dan posisi penyemenannya dalam Bio-FET, tinjauan ini memposisikan Bio-FET sebagai teknologi landasan untuk solusi perawatan kesehatan masa depan untuk aplikasi presisi. Kemajuan ini akan mengarah ke era di mana inovasi material akan menandai langkah besar dalam diagnostik biomedis dan menggantikannya.

1 Pendahuluan
Transistor efek medan (FET) merupakan salah satu fondasi elektronika modern, yang banyak digunakan dalam teknologi komunikasi, komputasi, dan penginderaan.  Kemampuan bawaannya untuk memodulasi sinyal listrik telah berperan penting dalam mendorong kemajuan fungsionalitas dan integrasi perangkat elektronik dan biosensing.  Dalam beberapa tahun terakhir, adaptasi FET ke aplikasi biologis – yang dikenal sebagai FET biologis (Bio-FET) – telah muncul sebagai platform yang kuat dalam biosensing, yang memungkinkan deteksi biomarker secara real-time dengan sensitivitas dan selektivitas yang tinggi.

Awalnya, karena teknik fabrikasi yang lebih mapan dan sifat listrik yang lebih stabil, Bio-FET dibangun dari semikonduktor berbasis silikon. Bahan-bahan ini terbatas karena kemampuan fungsionalisasi permukaannya yang rendah, sensitivitas yang berkurang karena transportasi muatan massal, dan interferensi yang disebabkan oleh larutan elektrolit. Untuk mengatasi tantangan yang disebutkan di atas, bahan-bahan lain dipelajari, yang menyebabkan kemajuan signifikan dalam teknologi Bio-FET. Dengan kedatangan semikonduktor organik pada akhir tahun 1990, mereka tidak hanya memberikan biokompatibilitas yang lebih baik tetapi juga memunculkan perangkat biosensing yang fleksibel. Namun, mobilitas pembawa muatan yang berkurang membatasi kinerja keseluruhannya dalam aplikasi deteksi waktu nyata. Tahun 2000-an menyaksikan munculnya terobosan besar dalam pengembangan Bio-FET karena munculnya bahan nano berbasis karbon, seperti karbon nanotube dan graphene.  Dengan rasio permukaan terhadap volume yang luar biasa, mobilitas pembawa muatan yang lebih tinggi, dan kemampuan deteksi tanpa label, bahan-bahan ini memberikan peningkatan yang cukup besar dalam kinerja biosensing.

Baru-baru ini, penelitian ke dalam teknologi Bio-FET juga telah maju dengan integrasi bahan-bahan 2D, seperti molibdenum disulfida (MoS₂), fosfor hitam, atau MXenes, antara lain.  Mereka adalah bahan mekanistik ultratipis, yang berarti mereka dapat memberikan modulasi muatan yang besar dan, oleh karena itu, meningkatkan sensitivitas dalam mendeteksi interaksi biomolekuler. Properti elektronik yang dapat disetel yang dikembangkan baru-baru ini dan stabilitas yang lebih baik dalam lingkungan fisiologis menjadikan bahan 2D di antara kandidat yang paling menjanjikan untuk dimasukkan ke dalam aplikasi diagnostik real-time generasi berikutnya.  Inovasi melalui bahan-bahan ini telah meningkatkan kinerja deteksi Bio-FET dengan berbagai mekanisme fundamental: 1) peningkatan rasio permukaan-ke-volume yang mempertinggi interaksi muatan dan menurunkan batas deteksi; 2) meningkatkan mobilitas pembawa muatan, sehingga meningkatkan waktu respons analit; 3) meningkatkan biokompatibilitas dengan fungsionalisasi yang lebih baik, meskipun dengan lebih sedikit kebutuhan untuk modifikasi permukaan yang rumit; dan 4) mengurangi efek interferensi, dan, dengan demikian, meningkatkan rasio signal-to-noise dalam pengukuran biosensing. Dengan memanfaatkan inovasi ini, Bio-FET telah berkembang menjadi biosensor yang sangat canggih untuk mendeteksi berbagai macam biomolekul dengan akurasi yang luar biasa dan dalam waktu singkat.

Bio-FET menghadirkan beberapa keunggulan utama dibandingkan komponen elektronik seperti Transistor Sambungan Bipolar (BJT) dan resistor dalam hal aplikasi biosensing. Impedansi masukan yang tinggi memungkinkan Bio-FET untuk menangkap modifikasi kecil dalam distribusi muatan karena interaksi biomolekuler, yang merupakan salah satu atribut utamanya untuk tujuan ini. Tidak seperti BJT yang menggunakan amplifikasi arus untuk mengendalikan konduksi dan, dengan demikian, memerlukan pasokan arus basis yang terus-menerus, Bio-FET dioperasikan melalui konduksi yang dikendalikan tegangan. Hal ini membuat mereka peka terhadap lingkungan elektrostatik yang diperkenalkan oleh biomolekul, yang sangat berguna dalam mode deteksi bebas label, yang memungkinkan penginderaan waktu nyata tanpa reagen tambahan atau pelabelan kompleks yang diperlukan. Aspek menarik lainnya dari Bio-FET terkait dengan waktu responsnya yang cepat dan konsumsi daya yang rendah. Karena mereka secara langsung mentransduksi interaksi biokimia menjadi sinyal listrik yang terukur, Bio-FET tidak memerlukan amplifikasi sinyal, seperti halnya dengan sensor resistif yang bekerja pada perubahan resistansi.  Skalabilitas teknologi Bio-FET tersebut memberikan peluang untuk deteksi ultrasensitif hingga ke tingkat molekul tunggal. Ukurannya yang kecil dan kompatibilitasnya dengan teknologi CMOS memungkinkannya untuk diintegrasikan ke dalam platform biosensing portabel dan miniatur, meningkatkan kepraktisannya untuk diagnostik point-of-care. Demikian pula, mekanisme gating elektrostatik dalam Bio-FET memberikan keuntungan intrinsik terhadap sensor resistif konvensional karena keberadaannya menginduksi pergeseran tegangan ambang batas atau arus drain, memungkinkan deteksi yang sangat selektif dan spesifik. Sebaliknya, BJT masih tidak stabil secara termal karena fluktuasi arus basis yang melekat, sementara Bio-FET menunjukkan stabilitas operasional dan reproduktifitas yang lebih tinggi dalam lingkungan biosensing.

Mengingat kemampuan yang unik ini, Bio-FET bukan hanya sekadar peningkatan tambahan, tetapi juga merupakan pergeseran paradigma dalam desain dan fungsionalitas teknologi biosensing, yang menawarkan antarmuka yang mulus antara pengenalan biologis dan transduksi sinyal elektronik. Bio-FET menggabungkan struktur berbasis semikonduktor dari FET konvensional dengan elemen pengenalan biologis, seperti tetapi tidak terbatas pada enzim, antibodi, atau asam nukleat, yang memungkinkan deteksi biomolekul secara real-time dan tanpa label. Kemampuan transformatif ini membuka jalan bagi aplikasi dalam perawatan kesehatan, pemantauan lingkungan, dan seterusnya. Karena perawatan kesehatan dan sektor lingkungan terkait semakin menuntut alat diagnostik yang cepat, tepat, dan terdesentralisasi, Bio-FET berada di persimpangan pengenalan biologis dan pemrosesan sinyal elektronik. Fleksibilitas teknologinya, didukung dengan material canggih, memposisikan diri sebagai platform transformatif untuk biosensing generasi berikutnya dan perawatan kesehatan presisi.

Bio-FET bekerja dengan mendeteksi interaksi biologis secara elektronik secara langsung, bukan metode tradisional yang sebagian besar bergantung pada teknik pelabelan molekuler.  Karakteristik ini menyederhanakan prosedur analitis dan memperpendek waktu penyelesaian pengujian. Misalnya, FET fungsionalisasi enzim penginderaan glukosa (ENFET) telah mengembangkan manajemen diabetes; FET fungsionalisasi DNA (DNA-FET) mendorong pengobatan yang dipersonalisasi ke depan, berkat analisis genetik. Imuno-FET, yang memanfaatkan interaksi antigen–antibodi, mengubah deteksi biomarker terkait kanker atau penyakit menular. Berakar pada teknologi Bio-FET adalah bahan dari mana mereka memperoleh kekuatannya. Kontribusi bahan canggih, seperti grafena, molibdenum disulfida (MoS₂), karbon nanotube (CNT), dan bahan 2D lainnya, dalam memajukan kapasitas Bio-FET patut dicatat.  Bahan-bahan ini memberikan rasio permukaan terhadap volume yang tinggi, konduktivitas listrik yang luar biasa, dan fleksibilitas mekanis, yang sangat penting untuk mencapai batas deteksi yang sangat rendah dan stabilitas operasional di lingkungan biologis yang kompleks.

Penggunaan struktur nano dan mikro, seperti nanopartikel dan polimer, dalam fungsionalisasi permukaan Bio-FET meningkatkan sensitivitas dan spesifisitas.  Permukaan fungsional meningkatkan efisiensi pengikatan biomolekul dan meminimalkan interaksi nonspesifik yang, pada gilirannya, mengurangi derau dan meningkatkan rasio sinyal terhadap derau.  Misalnya, fungsionalisasi dengan aptamer atau antibodi memungkinkan deteksi selektif analit target, sementara modifikasi permukaan dengan lapisan biokompatibel diketahui meningkatkan stabilitas perangkat dalam lingkungan biologis.  Meskipun ada kemajuan yang mengesankan, pengembangan material Bio-FET masih memiliki beberapa tantangan. Ini termasuk transduksi sinyal yang dapat direproduksi, stabilitas jangka panjang, dan masalah skalabilitas. Banyak tantangan yang muncul dari interferensi ionik dalam cairan biologis sering mengabaikan transduksi sinyal melalui Bio-FET. Efek penyaringan ionik dan pengikatan nonspesifik sering kali menghambat berbagai kinerja sensor. Oleh karena itu, desain material inovatif seperti antarmuka organik-anorganik hibrida dan permukaan berstruktur nano sedang dikembangkan untuk mengurangi tantangan ini. Pembuatan Bio-FET dengan sifat yang dapat diproduksi secara massal tidak diragukan lagi akan menghadirkan hambatan lain. Produksi semacam itu juga harus melibatkan material canggih seperti graphene dan MoS₂ dengan jaminan regulasi yang tepat dari kualitas material dan arsitektur perangkat. Selain itu, kompatibilitas dengan proses logam-oksida-semikonduktor (CMOS) komplementer harus dijamin untuk komersialisasi. Menyeimbangkan kinerja dengan kemampuan produksi massal akan tetap menjadi pusat perhatian utama untuk penelitian Bio-FET.

Tinjauan kami menyajikan analisis Bio-FET yang komprehensif dan berpusat pada material yang membedakannya dari karya-karya sebelumnya dengan menawarkan perspektif yang lebih luas tentang material canggih, dampaknya pada kinerja biosensing, dan perannya dalam mengatasi tantangan utama seperti reproduktifitas, stabilitas, dan skalabilitas. Tidak seperti tinjauan sebelumnya yang berfokus pada material tertentu seperti graphene atau karbon nanotube (CNT), tinjauan saat ini secara sistematis membandingkan graphene, molibdenum disulfida (MoS₂), CNT, Bio-FET berbasis silikon, dan material hibrida yang baru muncul. Pendekatan komparatif ini memberikan pemahaman yang lebih jelas tentang bagaimana material yang berbeda memengaruhi sensitivitas, selektivitas, dan penerapan Bio-FET di dunia nyata. Selain kemajuan material, tinjauan saat ini secara eksplisit membahas tantangan kritis yang menghambat komersialisasi Bio-FET. Artikel sebelumnya, seperti tinjauan oleh Li et al. tentang komersialisasi biosensor CNT-FET, terutama berfokus pada platform material tunggal.  Sebagai perbandingan, tinjauan saat ini memperluas pembahasan ini ke semua platform material utama dan menyoroti strategi untuk meningkatkan reproduktifitas perangkat, konsistensi fabrikasi, dan stabilitas operasional jangka panjang. Tinjauan ini membahas fungsionalisasi permukaan, lapisan pasivasi, dan teknik manufaktur yang dapat diskalakan sebagai solusi potensial, yang memastikan bahwa teknologi Bio-FET dapat bertransisi dari laboratorium penelitian ke aplikasi dunia nyata. Selain itu, tinjauan ini menjembatani kesenjangan antara inovasi penelitian dan aplikasi praktis dengan mengeksplorasi potensi translasi Bio-FET di berbagai bidang di luar diagnostik biomedis konvensional, termasuk pengujian di tempat perawatan, sistem organ-pada-chip, dan platform biosensing yang dapat dikenakan.

Aspek kunci yang membedakan tinjauan saat ini adalah integrasi Bio-FET dengan teknologi yang muncul seperti biosensing yang digerakkan oleh AI, pembelajaran mesin untuk pemrosesan sinyal waktu nyata, dan pengembangan Bio-FET yang fleksibel dan dapat diregangkan untuk perangkat elektronik yang dapat dikenakan. Sementara sebagian besar literatur yang ada masih berfokus pada platform Bio-FET statis, tinjauan ini mengeksplorasi masa depan sensor Bio-FET yang cerdas, adaptif, dan miniatur, yang siap memainkan peran penting dalam sistem pemantauan biomedis dan lingkungan generasi berikutnya.  Akhirnya, tinjauan ini melihat ke depan ke masa depan Bio-FET dengan membahas upaya standardisasi, pertimbangan peraturan, dan pendekatan fabrikasi generasi berikutnya yang akan penting untuk adopsi yang meluas. Tidak seperti tinjauan sebelumnya, yang terutama merangkum penelitian masa lalu, pekerjaan kami memberikan wawasan yang dapat ditindaklanjuti ke lintasan Bio-FET di masa depan, menjadikannya referensi yang berharga bagi para peneliti, insinyur, dan profesional industri yang bekerja untuk memajukan teknologi ini.

2 Dasar Teknologi Bio-FET
Bio-FET menyempurnakan FET tradisional dengan mengintegrasikan elemen pengenalan biologis dan material canggih, sehingga memungkinkan biosensing yang sangat presisi dan efisien. Subbagian ini akan menyoroti dasar-dasar pengoperasian FET, pentingnya integrasi elemen biologis, dan penggunaan material canggih untuk meningkatkan fungsionalitas biosensor. Memahami dasar-dasar ini mengungkap sensitivitas dan spesifisitas Bio-FET yang tinggi, sehingga membuatnya efektif bahkan dalam lingkungan biologis yang kompleks.

2.1 Prinsip Dasar FET
FET merupakan salah satu elemen dasar dalam elektronika, yang berfungsi untuk mengatur aliran arus melalui bahan semikonduktor. Perancangnya meliputi empat komponen utama: 1) Gerbang: Terminal yang memodulasi konduktivitas saluran. Dengan menerapkan tegangan ke gerbang, gerbang menciptakan medan listrik, yang mengendalikan aliran arus melalui saluran. 2) Sumber: Terminal tempat arus masuk ke FET. 3) Drain: Terminal tempat arus keluar dari FET. 4) Saluran: Jalur tempat arus mengalir; ini terbuat dari bahan semikonduktor (seperti silikon).

Efisiensi FET, didorong oleh konduksi arus yang dikontrol tegangan dan impedansi input yang tinggi, menjadikannya komponen elektronik yang ideal.  Mirip dengan perangkat lain, Bio-FET telah mampu menjalankan sifat-sifat listrik fundamental sambil menggabungkan modifikasi desain tambahan untuk kompatibilitas dengan deteksi biomolekuler. Faktor penting dalam membantu Bio-FET mencapai karakteristik listrik intrinsiknya adalah mekanisme gating elektrostatik. Dalam FET standar, tegangan gerbang mengontrol aliran arus melalui saluran. Demikian pula, dalam Bio-FET, interaksi biomolekul target dapat menginduksi perubahan muatan permukaan yang memodulasi konduksi melalui saluran, sehingga secara efektif berfungsi sebagai pergeseran tegangan gerbang. Ini menyediakan mekanisme amplifikasi yang dikontrol tegangan yang dengannya Bio-FET masih secara fungsional mampu merespons sinyal biokimia.

Selain itu, Bio-FET mempertahankan impedansi masukannya yang tinggi, yang sangat penting untuk deteksi yang sensitif. Penggunaan nanomaterial, termasuk graphene, dichalcogenides logam transisi, dan nanowire silikon, meningkatkan sifat ini dengan mengurangi arus bocor dan meningkatkan efisiensi transduksi sinyal. Nanomaterial ini, tidak seperti FET silikon konvensional, memiliki rasio permukaan-volume yang lebih besar, yang memungkinkan jumlah aktivitas biomolekuler tertinggi tanpa mengganggu karakteristik listrik. Selain itu, melalui teknik fungsionalisasi permukaan yang digunakan di sini, Bio-FET mempertahankan selektivitas dan responsivitasnya terhadap analit tertentu sambil menjamin stabilitas listrik. Fungsionalisasi permukaan gerbang dengan biomolekul seperti antibodi dan aptamer memungkinkan interaksi spesifik tanpa mengganggu operasi transistor. Menggabungkan fitur ini dengan interaksi yang sangat sensitif dengan biomolekul akan memungkinkan Bio-FET untuk memberikan sensitivitas tinggi, respons cepat, dan operasi bebas label, yang memungkinkan perilaku listrik inti FET yang mendasarinya tetap utuh.

2.2 Konsep, Prinsip, dan Signifikansi Bio-FET
Bio-FET menggabungkan prinsip-prinsip dasar FET dengan tujuan mendeteksi molekul biologis, sehingga menjadi alat yang ampuh untuk penginderaan bebas label secara real-time. Perangkat ini memiliki elemen pengenalan biologis seperti DNA, enzim, atau antibodi yang diserap ke permukaan FET, yang memungkinkan mereka berinteraksi dengan biomolekul tertentu secara langsung. Komponen utama Bio-FET meliputi: Elemen Pengenalan Biologis: Elemen-elemen ini secara selektif mengikat molekul target, yang dikenal sebagai analit. Misalnya, untaian DNA mampu mengenali dan mengikat urutan yang sesuai. Enzim dapat digunakan untuk mendeteksi perubahan metabolisme dalam tubuh, seperti kadar glukosa. Selain itu, antibodi dapat digunakan untuk mendeteksi protein tertentu (antigen), yang dapat menunjukkan adanya penyakit. Transduksi Listrik: Interaksi biologis (seperti hibridisasi DNA atau pengikatan antigen-antibodi) menyebabkan variasi dalam distribusi muatan di sekitar permukaan FET. Variasi ini kemudian ditransduksi menjadi sinyal listrik oleh perubahan konduktivitas saluran, yang dalam banyak kasus dipengaruhi oleh pH atau konsentrasi ionik.

2.2.1 Komposisi Struktural dan Pembuatan Bio-FET
Bio-FET dibangun dengan mengintegrasikan elemen pengenalan biologis dengan platform FET, yang memungkinkan deteksi biomolekuler bebas label dan waktu nyata. Struktur dasar Bio-FET terdiri dari komponen-komponen utama berikut: 1) Saluran Semikonduktor: Bertindak sebagai jalur konduksi antara elektroda sumber dan drain. Secara tradisional terbuat dari silikon, tetapi material canggih seperti graphene, dichalcogenides logam transisi (TMD), dan nanowire silikon menawarkan sensitivitas dan biokompatibilitas yang ditingkatkan. Lapisan Dielektrik Gerbang: Lapisan isolasi (misalnya, SiO₂, HfO₂) yang memisahkan saluran dari gerbang dan mencegah arus bocor. Dalam Bio-FET, dielektrik juga berfungsi sebagai antarmuka penginderaan, tempat interaksi biomolekuler menginduksi potensial elektrostatik yang memodulasi konduktivitas saluran. 3) Elektroda Sumber dan Drain: Menyediakan kontak listrik ke saluran semikonduktor, yang memungkinkan modulasi aliran arus sebagai respons terhadap interaksi biomolekuler. 4) Permukaan Penginderaan Fungsional: Biomolekul (misalnya, antibodi, probe DNA, aptamer) diimobilisasi pada dielektrik gerbang atau langsung pada saluran semikonduktor. Teknik fungsionalisasi permukaan meliputi lapisan tunggal yang dirakit sendiri (SAM), ikatan kovalen, dan penyerapan elektrostatik, yang meningkatkan selektivitas dan spesifisitas untuk analit target.

2.2.2 Pembuatan dan Implementasi Bio-FET
Pembuatan Bio-FET melibatkan integrasi teknologi semikonduktor dengan elemen pengenalan biomolekuler, yang memungkinkan deteksi analit biologis yang sangat sensitif dan bebas label. Ada dua strategi pembuatan utama: pendekatan Top-Down dan Bottom-Up, masing-masing dengan kelebihan dan tantangan berbeda dalam mencapai Bio-FET berkinerja tinggi.

Pendekatan Top-Down
Pendekatan fabrikasi Top–Down adalah pendekatan konvensional berbasis litografi di mana material massal, seperti wafer silikon, dipola dan dietsa secara sistematis untuk menghasilkan struktur skala nano. Teknik ini banyak digunakan dalam Bio-FET yang kompatibel dengan CMOS bersamaan dengan persyaratan fabrikasi mikro seperti fotolitografi, litografi berkas elektron (EBL), dan etsa ion reaktif (RIE). Langkah-langkah utama dalam kemungkinan realisasi Bio-FET menurut pendekatan top–down adalah 1) persiapan substrat: substrat biasanya berupa wafer silikon atau material semikonduktor lainnya seperti silikon-pada-isolator; 2) pengendapan lapisan semikonduktor: lapisan tipis SiO₂ atau dielektrik k-tinggi diendapkan melalui salah satu cara berikut: pengendapan uap kimia (CVD) atau pengendapan lapisan atom (ALD);  litografi dan etsa: struktur transistor yang diinginkan, termasuk elektroda sumber, drain, dan gerbang, didefinisikan menggunakan fotolitografi; dan 4) fungsionalisasi biomolekuler: memodifikasi saluran transistor dengan elemen biorecognition seperti enzim, antibodi, aptamer, probe DNA, antara lain untuk menyediakan deteksi selektif.

Pendekatan Bottom-Up
Pendekatan Bottom–Up ini menangani fabrikasi Bio-FET, dimulai dari tingkat konstruksi atomik menggunakan karakteristik perakitan mandiri intrinsik nanomaterial-CNT, graphene, material 2D seperti MoS2, fosfor hitam, dan titik kuantum. Hal ini memiliki inspirasi yang tertanam dalam nanoteknologi dan teknik perakitan molekuler. Langkah-langkah khusus yang terlibat dalam fabrikasi Bio-FET menggunakan Pendekatan Bottom–Up meliputi yang berikut ini: 1) Sintesis Nanomaterial: Nanomaterial dengan kemurnian tinggi seperti CNT, graphene, dan MoS2 disintesis menggunakan kombinasi metode pengendapan uap kimia, sintesis hidrotermal, atau pengelupasan. 2) Perakitan Mandiri dan Pemolaan: Pengendapan nanomaterial secara kimia atau elektrostatik pada saluran transistor dengan cara elektroda yang telah dipola sebelumnya. 3) Pembentukan Elektroda: Pembangunan elektroda sumber dan drain menggunakan teknik penguapan atau pencetakan logam. 4) Fungsionalisasi Biorecognition: Bio-fungsionalisasi permukaan berstruktur nano menggunakan antibodi, aptamer, atau enzim untuk mendeteksi biomolekul secara selektif.

2.2.3 Wilayah Operasional FET dan Perannya dalam Biosensing
Bergantung pada tegangan gate–source (V GS ) dan tegangan drain–source (V DS ) yang diterapkan, FET beroperasi di berbagai wilayah. Wilayah-wilayah tersebut menentukan perilaku transistor dan merupakan kunci dalam berbagai aplikasi, termasuk Bio-FET. Wilayah Cutoff (Keadaan OFF) adalah ketika V GS di bawah tegangan ambang batas (V TH ), yang mengakibatkan tidak ada konduksi melalui transistor dan karenanya tidak ada arus antara source dan drain. Dalam Bio-FET, wilayah ini dipanggil untuk pengukuran sinyal dasar untuk menyediakan keadaan referensi yang terdefinisi dengan baik sebelum interaksi biomolekuler terjadi. Wilayah linear (Ohmik) terjadi ketika V DS jauh lebih kecil daripada V GS – V TH . Di Wilayah tersebut, transistor berperilaku sebagai resistor variabel, di mana arus drain meningkat secara linear terhadap V DS . Dalam kasus Bio-FET, wilayah ini membantu dalam menyetel sensitivitas karena perubahan muatan permukaan minor karena pengikatan biomolekul diterjemahkan secara proporsional terhadap perubahan arus drain. Resistansi variabel atau wilayah transisi ini terletak di antara wilayah Linier dan saturasi, dan di sini, transistor berpindah dari mode resistif ke saturasi. Beberapa aplikasi biosensing memanfaatkan wilayah ini untuk mewujudkan modulasi respons adaptif, mengoptimalkan sensitivitas deteksi berdasarkan konsentrasi analit. Terakhir, ada Wilayah Saturasi (Mode Aktif), saat V DS melebihi V GS – V TH ; karenanya, terjadi konduksi penuh, yang karenanya arus drain menjadi tidak bergantung pada V DS . Wilayah ini banyak dieksploitasi dalam biosensor sensitivitas tinggi di mana bahkan gangguan kecil dalam potensi gerbang karena pengikatan biomolekul menghasilkan perubahan yang cukup besar dalam konduktivitas saluran. Bio-FET berbasis grafena sering beroperasi dalam mode ini karena sensitivitasnya yang luar biasa terhadap variasi muatan yang membuatnya sangat efektif untuk mendeteksi interaksi biomolekuler.

Pentingnya Bio-FET ditegaskan oleh potensi transformatifnya untuk deteksi sensitivitas tinggi secara real-time tanpa memerlukan pelabelan molekuler. Hal ini mengurangi kompleksitas dan biaya, menjadikannya sangat berharga untuk aplikasi dalam pengobatan yang dipersonalisasi, pemantauan lingkungan, dan diagnostik cepat. Dalam pemantauan glukosa, Bio-FET yang difungsikan oleh enzim (ENFET) menggunakan glukosa oksidase untuk mengkatalisis reaksi, mengubah pH lokal, dan menghasilkan sinyal yang dapat diukur. Demikian pula, DNA-FET yang dirancang untuk mendeteksi urutan tertentu, seperti biomarker kanker, telah menunjukkan utilitas yang luar biasa dalam pengujian di tempat perawatan. [ 28 ] Bio-FET menawarkan banyak keuntungan: 1) Penginderaan Bebas Label: Tidak seperti metode tradisional yang mengandalkan tag fluoresen atau radioaktif, Bio-FET mendeteksi interaksi secara langsung, menghilangkan langkah persiapan tambahan. 2) Deteksi Waktu Nyata: Pembacaan sinyal seketika menjadikannya ideal untuk pemantauan dinamis proses biologis. 3) Sensitivitas Tinggi: Bahan-bahan canggih seperti graphene dan nanowire silikon memungkinkan sensitivitas femtomolar, yang memungkinkan deteksi konsentrasi biomolekuler jejak yang merata. [ 68 ] Misalnya, pada pasien diabetes, ENFET digunakan untuk pemantauan glukosa non-invasif dan menyediakan data waktu nyata melalui perangkat yang dapat dikenakan. DNA-FET telah menunjukkan bahwa mereka berguna untuk deteksi mutasi pada biomarker kanker, [ 69 ] seperti KRAS atau BRCA1, [ 70 ] yang memungkinkan diagnosis dini dan perencanaan pengobatan. Aplikasi lebih lanjut mencakup pemanfaatan Bio-FET berbasis aptamer untuk mendeteksi racun lingkungan seperti aflatoksin, sehingga memastikan keamanan pangan. [ 71 ] Bahan-bahan canggih seperti graphene, nanowire silikon, dan nanotube karbon telah sangat meningkatkan kinerja Bio-FET dengan meningkatkan sensitivitas, spesifisitas, dan stabilitasnya dalam lingkungan biologis yang kompleks. Selain itu, metode fabrikasi baru telah dikembangkan, seperti pencetakan 3D dan litografi lunak, yang memungkinkan Bio-FET dapat diskalakan untuk dikomersialkan. [ 72 , 73 ] Inovasi terkini, termasuk elektronik fleksibel dan Bio-FET yang mendukung IoT, telah memperluas aplikasinya ke perangkat perawatan kesehatan yang dapat dikenakan dan diagnostik jarak jauh. Ditambah dengan kecerdasan buatan (AI), perangkat ini sekarang memiliki kemampuan untuk analisis prediktif, yang memungkinkan intervensi dini dalam kondisi kritis. Baik digunakan dalam pemantauan penyakit, penilaian lingkungan, atau perawatan kesehatan yang dipersonalisasi, Bio-FET membentuk masa depan aplikasi multidisiplin, yang menawarkan teknologi transformatif dengan potensi besar bagi para peneliti dan profesional industri.

2.3 Jenis Bio-FET
Fungsionalisasi Bio-FET mengubah transistor dasar menjadi biosensor yang sangat spesifik yang mampu mendeteksi sinyal biologis yang sangat kecil. Bagian ini menguraikan berbagai strategi yang digunakan untuk melumpuhkan probe biomolekuler, termasuk aptamer, antibodi, dan enzim, ke permukaan transistor. Pembaca akan memperoleh wawasan tentang bagaimana strategi ini mengoptimalkan sensitivitas, spesifisitas, dan stabilitas untuk aplikasi biosensing di dunia nyata.

2.3.1 Transistor Efek Medan Asam Deoksiribonukleat (DNA-FET)
FET berbasis DNA (DNA-FET) mengintegrasikan probe DNA untai tunggal (ssDNA) ke permukaan FET, yang memungkinkan deteksi urutan DNA target yang sangat spesifik dan bebas label. Ketika untai DNA komplementer berhibridisasi, variasi muatan permukaan yang dihasilkan memodifikasi medan listrik lokal di gerbang, yang menginduksi perubahan yang terukur dalam konduktivitas saluran semikonduktor. Mekanisme transduksi elektronik ini menghilangkan kebutuhan untuk pelabelan molekuler, yang memungkinkan aplikasi biosensing yang sangat sensitif dan real-time dalam diagnostik molekuler, pemantauan lingkungan, dan pengobatan yang dipersonalisasi. Fleksibilitas DNA-FET telah mendorong penggunaannya dalam berbagai bidang, mulai dari deteksi biomarker kanker dini hingga pengembangan teknologi penyimpanan data berbasis DNA, yang menjembatani biosensing dengan aplikasi komputasi. Kinerja DNA-FET telah ditingkatkan secara signifikan melalui integrasi platform mikrofluida dan teknologi CMOS. Kemajuan ini telah meningkatkan sensitivitas, meningkatkan otomatisasi, dan memungkinkan diagnostik noninvasif. Misalnya, DNA-FET mikrofluida telah menunjukkan kemampuan untuk mendeteksi mikroRNA terkait kanker pada tingkat attomolar, dengan batas deteksi mencapai 84 a m untuk mikroRNA-195 dan 75 a m untuk mikroRNA-126 dalam alur kerja 5 jam yang cepat. Perkembangan tersebut membuka jalan bagi perangkat diagnostik point-of-care miniaturisasi dan throughput tinggi, khususnya untuk deteksi kanker payudara stadium awal. Selain integrasi mikrofluida, penggunaan material 2D canggih seperti molibdenum disulfida (MoS₂) dan grafena telah mendorong peningkatan lebih lanjut dalam kinerja DNA-FET. DNA-FET berbasis MoS₂, yang difungsionalkan dengan tetrahedron DNA, telah menunjukkan batas deteksi yang luar biasa sebesar 1 femtogram per mililiter (fg mL −1 ) untuk antigen spesifik prostat (PSA), biomarker penting untuk diagnosis kanker prostat (Gambar 1B ).  Sementara itu, DNA-FET yang difungsikan dengan grafen telah menunjukkan sensitivitas yang luar biasa, mendeteksi faktor pertumbuhan endotel vaskular (VEGF165), biomarker utama untuk kanker dan penyakit vaskular, pada konsentrasi serendah 3,24 pikogram per mililiter (pg mL −1 , Gambar 1C ).  Konduktivitas tinggi dan luas permukaan grafen yang besar memberikan sensitivitas yang ditingkatkan, menjadikannya bahan penting untuk platform biosensing generasi berikutnya. Di luar aplikasi biomedis tradisional, DNA-FET berkembang ke bidang nontradisional seperti penyimpanan data berbasis DNA.

Sistem DNA-FET berbasis mikrofluida untuk mendeteksi mikroRNA, direproduksi dari [ 75 ] dengan izin Springer. B) Fungsionalisasi berbasis DNA dari biosensor MoS 2 FET 2D untuk deteksi PSA yang sangat sensitif, direproduksi dari, hak cipta Elsevier. C) DNA-FET Grafena untuk Deteksi VEGF, direproduksi dari [ 77 ] hak cipta Elsevier. D) Transistor Efek Medan DNA Nano-pori dengan Potensi untuk Aplikasi Memori Akses Acak, direproduksi dari hak cipta Wiley. E) Bio-FET berbasis Struktur Hibrida M-DNA/Logam Transisi Dichalcogenide, direproduksi dari,  hak cipta Science Report.
Mekanisme hibridisasi DNA selektif memungkinkan DNA-FET nanopori yang sangat sensitif dan dapat digunakan kembali, mencapai batas deteksi sub-femtomolar sambil menawarkan platform yang stabil untuk fungsionalitas komputasional .Selain itu, integrasi struktur hibrida Cu 2 ⁺-DNA/MoS₂ telah membuka jalan baru dalam pemantauan interaksi obat kanker. DNA-FET hibrida ini menunjukkan penggunaan kembali yang luar biasa dan sensitivitas 1,7 × 10 3 A/A, menjadikannya ideal untuk deteksi doksorubisin waktu nyata, obat kemoterapi yang banyak digunakan (Gambar 1E ). Kemajuan dalam biosensor berbasis material hibrida tersebut meningkatkan sensitivitas dan spesifisitas, memungkinkan pemantauan respons obat waktu nyata dalam onkologi dan pengobatan presisi. Evolusi cepat DNA-FET menjadi platform biosensing multifungsi menyoroti meningkatnya pentingnya mereka dalam diagnostik biomedis, pengembangan obat, dan aplikasi nanoteknologi yang baru muncul. Namun, tantangan seperti stabilitas jangka panjang, reproduktifitas perangkat, dan kemampuan manufaktur skala besar tetap menjadi hambatan utama untuk adopsi komersial. Mengatasi tantangan ini melalui standarisasi teknik fabrikasi, strategi pasivasi permukaan, dan integrasi material hibrida akan sangat penting untuk memastikan keandalan dan skalabilitas DNA-FET. Penelitian di masa mendatang harus difokuskan pada peningkatan ketahanan perangkat sambil mempertahankan sensitivitas yang sangat tinggi, yang memungkinkan DNA-FET untuk beralih dari laboratorium penelitian ke aplikasi klinis dan industri di dunia nyata. Untuk lebih menggambarkan keragaman aplikasi, material, dan inovasi di bidang ini, Tabel 1 perbandingan berikut merangkum fitur dan hasil utama dari studi DNA-FET yang terkenal. Ini memberikan gambaran umum yang komprehensif bagi para peneliti dan praktisi, yang menyoroti kemajuan dan peluang dalam memanfaatkan DNA-FET untuk aplikasi di dunia nyata.

2.3.2 Enzim-FET (ENFET)
FET berbasis enzim (ENFET) menggabungkan sensitivitas tinggi teknologi FET dengan spesifisitas interaksi enzim untuk mendeteksi biomolekul secara real time. Prinsip kerjanya melibatkan langkah-langkah berikut:
Imobilisasi Enzim: Enzim-enzim tertentu diimobilisasi pada permukaan penginderaan FET. Enzim-enzim ini bertindak sebagai elemen pengenalan biologis, berinteraksi secara selektif dengan analit target (misalnya, glukosa, urea, asetilkolin).

Interaksi Analit Target: Ketika molekul target berinteraksi dengan enzim, terjadi reaksi kimia. Misalnya, dalam penginderaan glukosa, glukosa oksidase mengkatalisis oksidasi glukosa menjadi asam glukonat, melepaskan hidrogen peroksida (H₂O₂).
Transduksi Sinyal: Produk reaksi enzimatik (misalnya, ion, proton, atau produk sampingan kimia) menyebabkan perubahan muatan lokal di dekat permukaan FET. Hal ini mengubah medan listrik di daerah gerbang FET.Pembangkitan Sinyal Listrik: Perubahan medan listrik lokal memodulasi konduktivitas saluran FET (misalnya, graphene, CNT, atau rGO). Hal ini menghasilkan sinyal listrik yang dapat diukur, seperti pergeseran tegangan ambang (titik Dirac) atau perubahan arus antara terminal sumber dan drain.
Amplifikasi dan Deteksi Sinyal: Sinyal listrik yang diperkuat berkorelasi dengan konsentrasi analit target, memungkinkan deteksi yang sangat sensitif. [ 4 , 82 , 83 ]

ENFET telah muncul sebagai teknologi biosensing yang sangat efisien, memberikan solusi unik untuk masalah dalam diagnostik medis, pemantauan lingkungan, dan penelitian terapeutik. ENFET menggabungkan enzim dengan teknologi FET untuk memberikan deteksi biomolekul yang sangat sensitif, selektif, dan real-time. Memanfaatkan bahan-bahan canggih seperti graphene dan oksida graphene tereduksi, perangkat ini mencapai stabilitas, selektivitas, dan reproduktifitas yang lebih baik. Studi kasus utama menunjukkan potensi revolusioner mereka, menyoroti bagaimana ENFET mendorong inovasi dan mengatasi tantangan saat ini di berbagai bidang. Misalnya, FET graphene yang dienkapsulasi fibroin sutra dikembangkan untuk deteksi glukosa ( Gambar 2A ), memanfaatkan sifat fibroin sutra yang biokompatibel dan fleksibel untuk imobilisasi enzim. Perangkat ini menunjukkan rentang deteksi linier 0,1–10 mM dan batas deteksi (LOD) 0,1 mM , yang menunjukkan potensinya untuk pemantauan glukosa berkelanjutan yang dapat dikenakan dan ditanamkan. [ 84 ] Demikian pula, FET graphene yang dienkapsulasi hidrogel fibroin sutra meningkatkan stabilitas enzim dan meminimalkan adsorpsi nonspesifik, mencapai LOD yang mengesankan sebesar 200 nM dengan kemampuan regeneratif yang sangat baik selama beberapa siklus

FET grafen berkapsul fibroin sutra untuk deteksi glukosa, direproduksi dari,  FET grafen berkapsul hidrogel fibroin sutra untuk deteksi glukosa, direproduksi dari, FET enzim berbasis oksida grafen tereduksi untuk asetilkolin (ACh) untuk deteksi penyakit Alzheimer, direproduksi dari, [ 86 ] hak cipta Elsevier. D) FET enzim berbasis oksida grafen tereduksi untuk deteksi urea, direproduksi dari, [ 87 ] hak cipta Elsevier. E) Biosensor enzimatik berbasis grafen menggunakan FET untuk Deteksi Asam l -Laktat, direproduksi dari, [ 88 ] hak cipta MDPI. F) FET enzim berbasis tabung nano karbon untuk deteksi asetilkolin, direproduksi dari,
Enzim FET berbasis oksida grafen tereduksi (rGO-EnFET) telah menunjukkan potensi signifikan dalam penelitian neurologis, khususnya dalam mempelajari asetilkolin (ACh) untuk penyakit Alzheimer. Perangkat ini mengukur kadar ACh dalam kisaran 1 µM–10 mM dan menilai interaksi enzim-inhibitor (Gambar 2C ), menjadikannya alat yang berharga untuk penyaringan obat dan penelitian terapeutik. [ 86 ] Demikian pula, FET berbasis rGO yang difungsionalisasi dengan urease menunjukkan kemampuan untuk mendeteksi konsentrasi urea serendah 1 µM sambil secara bersamaan mengukur logam berat seperti Cu 2 ⁺ pada 10 nM . Contoh-contoh ini menunjukkan multifungsi ENFET dalam memajukan diagnostik medis dan pemantauan lingkungan.  Dalam bidang pemantauan laktat, biosensor laktat berbasis grafena menunjukkan selektivitas dan stabilitas tinggi selama 12 hari, yang menunjukkan kesesuaiannya untuk diagnostik perawatan kritis, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2E . Perangkat ini menggarisbawahi pentingnya ENFET dalam aplikasi point-of-care, khususnya untuk kondisi seperti iskemia dan gagal napas.  Selain itu, enzim FET berbasis CNT berpagar ganda menunjukkan peningkatan sensitivitas untuk deteksi asetilkolin, yang menyoroti kegunaannya dalam diagnostik neurologis dan studi terapeutik.

Bahasa Indonesia: Selain kemajuan yang mengesankan dalam biosensing, ENFET juga mendapat manfaat dari integrasi teknologi baru seperti pembelajaran mesin.  Algoritma pembelajaran mesin telah digunakan untuk mengoptimalkan desain sensor, meningkatkan akurasi deteksi, dan memungkinkan analisis data yang cepat, menjadikannya alat yang hebat dalam evolusi biosensor generasi berikutnya. Dalam studi terbaru, peneliti menggunakan model komputer untuk memverifikasi fungsi dua biosensor: satu yang mendeteksi laktat dan satu yang mendeteksi troponin (protein jantung). Model ini dirancang berdasarkan bagaimana muatan listrik melintasi sensor, dan hasil prediksi model sesuai dengan hasil lab. Untuk meningkatkan kinerja perangkat, model pembelajaran mesin hutan acak diterapkan untuk mengoptimalkan sensor menggunakan angka prestasi baru. Sensitivitas dan batas deteksi (LOD) kemudian dihitung, mengungkapkan bahwa polianilin menunjukkan sensitivitas superior 220 (nM)⁻¹ untuk biosensing laktat dan 484 (g mL −1 )⁻¹ untuk deteksi troponin. Selain itu, polianilin menunjukkan konsumsi daya yang hampir sepuluh kali lebih rendah karena tegangan ambang batasnya yang sangat rendah yaitu −170 mV, sehingga menjadikannya kandidat yang menarik untuk aplikasi biosensor hemat energi.  Integrasi pembelajaran mesin dengan pengembangan biosensor ini menggambarkan perubahan transformatif di bidang ini, yang memungkinkan terciptanya alat diagnostik yang sangat sensitif, selektif, dan efisien. Dengan memanfaatkan model komputasional dan analisis data tingkat lanjut, para peneliti mendorong batasan kemampuan biosensor, membuka jalan bagi solusi perawatan kesehatan yang lebih tepat dan terukur.

Secara kolektif, kemajuan ini mencerminkan tren menyeluruh dalam penelitian ENFET, termasuk inovasi material, peningkatan stabilitas enzim, dan perluasan cakupan aplikasi. Dengan memanfaatkan material biokompatibel dan desain multifungsi, ENFET siap untuk mengatasi tantangan mendesak dalam perawatan kesehatan dan keberlanjutan lingkungan. Kepentingannya terletak pada kemampuannya untuk menggabungkan sensitivitas tinggi dengan miniaturisasi, yang membuka jalan bagi diagnostik real-time, portabel, dan non-invasif. Namun, tantangan seperti stabilitas jangka panjang, skalabilitas, dan efektivitas biaya harus diatasi untuk membuka potensi penuhnya untuk aplikasi komersial. Tabel perbandingan 2 berikut merangkum fitur dan hasil utama dari studi Enzyme-FET yang terkenal.

2.3.3 Imuno-FET
Immuno-FET memanfaatkan interaksi antigen-antibodi untuk mencapai deteksi biomolekul yang sangat sensitif dan real-time. Dengan mengintegrasikan pengenalan molekuler yang tepat dengan sifat elektronik FET yang sangat sensitif, biosensor ini menawarkan platform yang efisien dan bebas label untuk diagnostik medis, pemantauan lingkungan, dan aplikasi industri. Mekanisme kerjanya didasarkan pada serangkaian peristiwa elektrokimia yang terjadi saat antigen target berikatan dengan antibodi yang diimobilisasi pada permukaan FET. Interaksi ini mendistribusikan kembali muatan permukaan, memodulasi medan listrik di dekat gerbang, yang pada gilirannya mengubah konduktivitas saluran semikonduktor. Variasi listrik ini kemudian diperkuat dan diproses, memungkinkan analisis kuantitatif konsentrasi biomarker dengan spesifisitas yang luar biasa. Penggunaan nanomaterial canggih, seperti grafena, kawat nano silikon (Si-NW), dan hibrida MXena-grafena, telah meningkatkan sensitivitas dan batas deteksi secara signifikan, menjadikan Immuno-FET sebagai alat yang ampuh di berbagai bidang.

Kekuatan utama teknologi Immuno-FET terletak pada deteksi penyakit dini, di mana metode konvensional sering kali mengalami sensitivitas rendah atau protokol yang memakan waktu. Immuno-FET berbasis grafen, misalnya, telah menunjukkan sensitivitas sangat tinggi dalam mendeteksi penyakit Lyme, menggunakan antibodi fragmen variabel rantai tunggal (scFv) dengan batas deteksi luar biasa sebesar 2 pg mL −1 .  Inovasi ini mengurangi positif palsu dan meningkatkan keandalan diagnostik point-of-care, menawarkan peningkatan besar dibandingkan imunoasai tradisional. [ 100 ] Di luar deteksi penyakit menular, Immuno-FET mengubah diagnostik kanker, khususnya untuk pemantauan kanker ovarium. Sebuah apta-sensor berbasis hibrida karbon nanotube/oksida grafen tereduksi yang fleksibel dan berdinding banyak telah dikembangkan untuk mendeteksi antigen CA125, mencapai batas deteksi 5 × 10⁻¹⁰ U mL −1.Sifat sensor yang dapat dikenakan dan dibawa-bawa ini membuatnya sangat mudah beradaptasi untuk pemantauan kesehatan secara real-time, memenuhi permintaan yang terus meningkat untuk diagnostik kanker yang dipersonalisasi. Penggabungan rGO meningkatkan sensitivitas dan stabilitas jangka panjang, memastikan kuantifikasi biomarker yang dapat direproduksi dan akurat dalam cairan biologis yang kompleks.
Imuno-FET berbasis grafena untuk mendeteksi penyakit Lyme, direproduksi dari, hak cipta IOP Publishing. B) Aptasensor berbasis FET hibrida MWCNT-rGO yang fleksibel untuk deteksi antigen CA125, direproduksi dari, [ 101 ] hak cipta Elsevier. C) FET grafena untuk mendeteksi klorpirifos, direproduksi dari, [ 102 ] hak cipta Scientific Reports. D) FET hibrida MXena-grafena untuk mendeteksi influenza dan SARS-CoV-2, direproduksi dari, [ 30 ] hak cipta ACS.
Bahasa Indonesia: Selain aplikasi medis, Immuno-FET terbukti vital dalam pemantauan lingkungan. FET graphene telah digunakan untuk mendeteksi klorpirifos, pestisida yang sangat beracun, mencapai batas deteksi 1,8 femtomolar (fM) (Gambar 3C ). [ 102 ] Tingkat sensitivitas ini penting untuk mendeteksi sejumlah kecil polutan lingkungan, menjadikan Immuno-FET alat yang efektif untuk penilaian keamanan ekologis. Demikian pula, pengembangan FET hibrida MXene-graphene telah merevolusi virologi, memungkinkan deteksi cepat influenza dan SARS-CoV-2 dengan batas deteksi serendah 1 femtogram per mililiter (fg mL −1 ) dan waktu reaksi hanya 50 ms (Gambar 3D ). Sinergi antara sensitivitas kimia MXene dan konduktivitas superior graphene memberikan pendekatan yang terukur dan kuat untuk kesiapsiagaan pandemi dan pemantauan wabah virus. Bahasa Indonesia: Lebih jauh memperluas potensi diagnostik mereka, Immuno-FET berdasarkan nanokabel silikon (Si-NW) telah digunakan untuk deteksi eksosom, biomarker penting untuk berbagai penyakit, termasuk kanker. Difungsionalisasikan dengan antibodi CD63, sensor ini mencapai batas deteksi 2159 partikel per mililiter, yang memungkinkan kuantifikasi biomarker waktu nyata tanpa label. Kemajuan ini menyoroti peran Immuno-FET yang semakin meningkat dalam aplikasi biopsi cair, memfasilitasi deteksi kanker tahap awal dan strategi perawatan yang dipersonalisasi. Kemajuan dalam Immuno-FET menggarisbawahi potensi luas mereka di seluruh perawatan kesehatan, pemantauan lingkungan, dan biosensing industri. Integrasi probe biomolekuler yang sangat selektif, nanomaterial canggih, dan arsitektur penginderaan mutakhir telah memposisikan perangkat ini sebagai alternatif yang kuat untuk metode diagnostik konvensional. Namun, tantangan utama tetap ada dalam memastikan stabilitas jangka panjang, reproduktifitas, dan kemampuan manufaktur skala besar. Penelitian di masa mendatang harus difokuskan pada peningkatan ketahanan perangkat, pengembangan teknik fabrikasi yang hemat biaya, dan pengoptimalan metode fungsionalisasi permukaan untuk meminimalkan efek penyimpangan sinyal dan biofouling. Mengatasi keterbatasan ini akan sangat penting untuk adopsi teknologi Immuno-FET secara luas dalam pengaturan klinis dan komersial.

2.3.4 FET Sensitif Ion (ISFET)
FET peka ion (ISFET) berfungsi sebagai biosensor yang sangat adaptif, yang mampu mendeteksi ion dan biomolekul tertentu melalui transduksi listrik waktu nyata. Fungsionalitasnya didasarkan pada modulasi muatan permukaan, di mana interaksi antara analit target dan permukaan penginderaan yang difungsionalkan menyebabkan redistribusi muatan lokal. Perubahan kerapatan muatan ini mengubah medan listrik di gerbang, yang selanjutnya mengubah konduktivitas transistor. Variasi sinyal listrik yang dihasilkan diproses dan dikuantifikasi, sehingga memungkinkan deteksi berbagai macam analit yang sangat sensitif dan bebas label. Properti unik ini memungkinkan ISFET digunakan secara luas dalam diagnostik medis, pemantauan lingkungan, dan pertanian presisi.

Salah satu aplikasi paling signifikan dari teknologi ISFET dalam diagnostik klinis adalah di mana ISFET berbasis nanoribbon (NR-ISFET) telah menunjukkan deteksi ultrasensitif antigen spesifik prostat (PSA) pada batas deteksi 10 pM .  Kemampuan untuk beroperasi langsung dalam plasma manusia menggarisbawahi viabilitas klinis ISFET, khususnya dalam deteksi kanker dini. Demikian pula, platform ISFET-fotodioda berbasis CMOS komplementer telah dikembangkan untuk mendeteksi glukosa dan kolesterol dalam serum secara bersamaan , menawarkan solusi multi-analit yang hemat biaya untuk pemantauan kesehatan metabolik dan pencegahan penyakit. Inovasi-inovasi ini mencontohkan kemampuan ISFET untuk mengubah perawatan kesehatan yang dipersonalisasi melalui penginderaan biokimia waktu nyata berbiaya rendah. Di luar diagnostik metabolik dan kanker, ISFET membuat langkah maju dalam analisis genetik. Rangkaian ISFET yang difungsikan dengan asam nukleat peptida (PNA) telah terbukti dapat mendeteksi microRNA Let-7b secara andal pada konsentrasi serendah 1 nanomolar (nm ) , yang menyoroti kegunaannya untuk pengujian asam nukleat point-of-care . Integrasi konfigurasi ISFET gerbang ganda dengan saluran mikrofluida telah semakin meningkatkan sensitivitas dan efisiensi dalam deteksi DNA, memfasilitasi diagnostik molekuler yang cepat dengan kebutuhan sampel yang minimal. ] Kemajuan ini memposisikan ISFET sebagai teknologi utama dalam pengobatan yang dipersonalisasi, skrining penyakit genetik, dan penemuan biomarker.

Deteksi antigen spesifik prostat bebas label ISFET berbasis nanoribbon gerbang ganda, direproduksi dari, [ 109 ] hak cipta Elsevier. B) Platform fotodioda ISFET berbasis CMOS mendeteksi glukosa dan kolesterol dalam serum secara bersamaan, direproduksi dari, [ 110 ] hak cipta IEEE. C) Rangkaian ISFET fungsionalisasi PNA untuk mendeteksi microRNA, direproduksi dari,  hak cipta Springer. D) ISFET berbasis grafena untuk mendeteksi nitrat, direproduksi dari, [ 113 ] hak cipta Nature. E) Sensor berbasis ISFET menjawab kebutuhan penting untuk pemantauan nutrisi yang efisien, direproduksi dari,  hak cipta IEEE.
Fleksibilitas ISFET melampaui aplikasi perawatan kesehatan murni, mengatasi tantangan lingkungan kritis terkait kesehatan. ISFET berbasis grafena yang terintegrasi dengan membran peka ion nitrat telah mencapai batas deteksi sangat rendah sebesar 0,041 bagian per triliun (ppt) (Gambar 4D ), menawarkan alat yang ampuh untuk pemantauan kualitas air waktu nyata.  Kemampuan ini memastikan air minum yang aman dan berkontribusi pada upaya konservasi lingkungan global. Selain itu, ISFET berbasis silikon-pada-isolator (SOI) telah dikombinasikan dengan protein pengikat bau (LUSH) untuk mendeteksi konsentrasi etanol serendah 0,001%, menggarisbawahi potensinya dalam pemantauan kimia dan deteksi zat beracun.  Aplikasi ini menyoroti peran ISFET dalam keselamatan lingkungan dan kesehatan masyarakat, menawarkan solusi yang sangat tepat dan dapat diterapkan di lapangan untuk analisis kontaminan. Di bidang pertanian, sensor berbasis ISFET mendorong kemajuan dalam pertanian presisi dan pemantauan nutrisi tanah. Sensor kalium berbasis extended-gate FET (EGFET) telah menunjukkan sensitivitas dan stabilitas tinggi di seluruh rentang konsentrasi yang luas, memungkinkan manajemen nutrisi yang efisien untuk hasil panen yang optimal . Inovasi ini mengurangi pemborosan pupuk, meminimalkan dampak lingkungan, dan meningkatkan keberlanjutan produksi pangan. Lebih jauh lagi, ISFET yang terintegrasi dengan teknologi deteksi nitrat memberikan solusi analisis tanah yang komprehensif, memastikan pemupukan yang seimbang dan efisiensi sumber daya. [ 116 ] Terobosan ini menggarisbawahi kemampuan ISFET untuk meningkatkan keberlanjutan pertanian sekaligus mengurangi kerusakan ekologis, memposisikannya sebagai alat penting dalam pertanian presisi modern.

Kemajuan pesat dalam teknologi ISFET menggambarkan visi pemersatu di mana diagnostik medis, keselamatan lingkungan, dan pertanian presisi menyatu menjadi satu kerangka kerja penginderaan tunggal. Penerapan grafena, integrasi CMOS, dan arsitektur gerbang ganda telah meningkatkan sensitivitas, spesifisitas, dan penerapan ISFET di dunia nyata secara signifikan. Namun, tantangan seperti stabilitas jangka panjang, pergeseran sinyal, dan skalabilitas produksi massal tetap menjadi hambatan bagi komersialisasi yang meluas. Penelitian di masa mendatang harus difokuskan pada peningkatan ketahanan material, pengembangan lapisan antifouling, dan pengoptimalan teknik fabrikasi perangkat untuk meningkatkan ketahanan dan reproduktifitas sensor. Dengan menjembatani biokimia dengan nanoteknologi mutakhir, ISFET terus mendorong inovasi inovatif di berbagai disiplin ilmu. Kemampuan adaptasinya yang mulus memastikan bahwa biosensor generasi berikutnya akan memainkan peran transformatif dalam mengatasi beberapa tantangan global yang paling mendesak. Tabel perbandingan 4 memberikan ikhtisar terstruktur tentang kemajuan ISFET, yang merangkum aplikasi utamanya, batas deteksi, dan terobosan teknologi. Ini berfungsi sebagai referensi berharga untuk penelitian masa depan, yang memandu evolusi teknologi ISFET menuju dampak dunia nyata dan komersialisasi.

2.3.5 FET Berbasis Aptamer
FET berbasis aptamer (Aptamer-FET) memadukan sensitivitas tinggi FET dengan kemampuan pengenalan molekuler spesifik aptamer, yang menawarkan platform biosensing canggih untuk aplikasi medis, lingkungan, dan industri. Aptamer—urutan DNA atau RNA untai tunggal pendek yang bertindak sebagai bioreseptor, mengikat secara selektif ke molekul target seperti protein, molekul kecil, atau ion. Setelah mengikat, aptamer mengalami perubahan konformasi, yang menginduksi redistribusi muatan di dekat gerbang FET. Variasi muatan ini memodulasi konduktivitas saluran transistor, menghasilkan sinyal listrik yang sebanding dengan konsentrasi analit. Sinyal yang diperkuat dan diproses memungkinkan deteksi waktu nyata, sangat sensitif, dan bebas label, menjembatani kesenjangan antara diagnostik tradisional dan teknologi biosensor mutakhir.
Aptamer-FET telah dieksplorasi secara ekstensif dalam diagnostik biomedis, menunjukkan batas deteksi yang sangat rendah dan spesifisitas yang tinggi di berbagai biomarker penyakit. FET berbasis grafen yang diremas telah mencapai deteksi antigen dopamin, interleukin-6, dan COVID-19 yang sangat sensitif dengan mengoptimalkan rasio remas untuk meningkatkan pembentukan lapisan ganda elektrik. Kemajuan ini menjawab kebutuhan diagnostik kritis dalam pandemi dan penyakit kronis, memastikan solusi biosensing yang cepat dan terukur.  Lebih jauh mendorong batasan diagnostik kardiovaskular, biosensor transistor mobilitas elektron tinggi (HEMT) AlGaN/GaN telah memungkinkan deteksi troponin jantung I (cTnI) tanpa label dengan sensitivitas dan spesifisitas yang luar biasa . Inovasi ini menyederhanakan pemantauan kesehatan jantung portabel di tempat perawatan, secara signifikan meningkatkan aksesibilitas diagnostik jantung. Untuk memperluas konsep ini, platform aptamer-FET mikrofluida telah dikembangkan untuk memungkinkan deteksi multi-biomarker secara simultan. Salah satu perangkat tersebut  mengintegrasikan sensor FET yang difungsikan dengan aptamer untuk CRP, NT-proBNP, cTnI, dan fibrinogen, yang menawarkan penilaian kesehatan kardiovaskular yang komprehensif dalam format yang mini dan portabel.

FET berbasis graphene dioptimalkan dengan rasio kerutan untuk meningkatkan pembentukan lapisan ganda listrik, memungkinkan batas deteksi sangat rendah untuk biomarker seperti dopamin, interleukin-6, dan antigen COVID-19, direproduksi dari  dengan izin Wiley. B) Biosensor AlGaN/GaN HEMT untuk deteksi troponin I jantung, menunjukkan diagnostik bebas label dan spesifisitas tinggi untuk pemantauan kesehatan jantung di tempat perawatan, direproduksi dari, [ 128 ] Elsevier. C) Platform mikrofluida dengan sensor FET fungsionalisasi aptamer secara bersamaan mendeteksi biomarker seperti CRP, NT-proBNP, cTnI, dan fibrinogen, direproduksi dari,  FET kawat nano silikon, difungsionalkan dengan aptamer DNA, untuk deteksi antigen spesifik prostat bebas label, direproduksi dari,  hak cipta ACS. E) FET berbasis graphene yang fleksibel difungsikan dengan aptamer untuk pemantauan neurotransmitter seperti dopamin dan serotonin secara real-time, mendukung penelitian neurokimia dan studi kesehatan mental,
Bahasa Indonesia: Di luar diagnostik kardiovaskular, aptamer-FET berbasis graphene telah digunakan untuk deteksi gangguan metabolik, khususnya untuk ketidakseimbangan hormon. Misalnya, sensor aptamer-FET graphene biomimetik untuk hormon antidiuretik (ADH) telah dirancang untuk meniru fungsi reseptor ginjal, menyediakan alat terobosan untuk mendiagnosis diabetes insipidus nefrogenik. Aptamer-FET juga terbukti sangat berharga dalam onkologi, mendukung deteksi kanker dini dan pengobatan presisi. FET nanowire silikon (SiNW-FET) yang difungsionalkan dengan aptamer DNA telah dikembangkan untuk deteksi antigen spesifik prostat (PSA) tanpa label, menawarkan sensitivitas dan spesifisitas tinggi .  Kemampuan ini menyoroti fleksibilitas aptamer-FET dalam mengatasi tantangan kritis dalam deteksi biomarker kanker. Demikian pula, dalam penelitian ilmu saraf, FET berbasis grafen fleksibel yang difungsionalkan dengan aptamer telah dirancang untuk deteksi dopamin dan serotonin secara bersamaan, memastikan crosstalk minimal dan selektivitas tinggi .  Kemajuan ini menyediakan alat transformatif untuk penelitian neurokimia, mendukung diagnostik kesehatan mental dan studi farmakologis. Di luar deteksi neurotransmitter, Aptamer-FET telah berperan penting dalam penelitian penyakit neurodegeneratif. FET berbasis tabung nano karbon (CNT-FET) yang difungsionalkan dengan aptamer telah menunjukkan deteksi biomarker Alzheimer yang sangat sensitif, seperti peptida β-amiloid, dalam serum manusia. Sensor ini mengungguli teknik tradisional, menawarkan platform yang andal dan noninvasif untuk diagnosis Alzheimer dini dan skrining skala besar.

Di luar aplikasi medis, Aptamer-FET berkembang ke sektor lingkungan dan industri yang terkait dengan kesehatan, menunjukkan fleksibilitasnya dalam pemantauan bahan kimia dan polutan. Kemajuan dalam integrasi nanomaterial, seperti grafena, CNT, dan semikonduktor AlGaN/GaN, terus meningkatkan kinerja sensor, membuatnya dapat diskalakan dan disesuaikan untuk berbagai aplikasi. Namun, tantangan seperti stabilitas jangka panjang, reproduktifitas, dan fabrikasi yang hemat biaya tetap menjadi area utama untuk penelitian lebih lanjut. Upaya di masa mendatang harus difokuskan pada pengembangan teknik imobilisasi yang kuat, peningkatan strategi amplifikasi sinyal, dan pengintegrasian pembelajaran mesin untuk analisis data otomatis. Aptamer-FET muncul sebagai salah satu platform biosensing yang paling menjanjikan, yang mampu menjembatani biologi molekuler dengan elektronik canggih. Dengan menggabungkan sensitivitas ultra, kemampuan deteksi multipleks, dan analisis waktu nyata, mereka siap untuk mendefinisikan ulang diagnostik, keselamatan lingkungan, dan pemantauan industri. Tabel perbandingan 5 memberikan ringkasan terstruktur dari temuan utama, batasan deteksi, dan aplikasi, yang berfungsi sebagai referensi ringkas untuk kemajuan berkelanjutan dalam teknologi Aptamer-FET.

Bio-FET bersifat serbaguna karena kemampuannya dalam berbagai bidang aplikasi, terutama saat material spesialis dan elemen pengenalan telah dihubungkan. Penggunaan perangkat ini dalam keterlibatan perawatan kesehatan dengan investigasi biologis memberikan sensitivitas dan selektivitas yang tak tertandingi dalam mendeteksi berbagai analit yang berbeda. Bagian ini memberikan gambaran umum tentang aplikasi utama Bio-FET dengan memajukan ilmu material dan arsitektur perangkat, yang menunjukkan bagaimana perkembangan ini memperluas aplikasinya. Dengan pemahaman yang lebih baik tentang penggunaan praktis Bio-FET, kita dapat mempertimbangkan efek transformatifnya dalam memecahkan tantangan global di bidang kesehatan dan sektor keberlanjutan serta industri terkait.

3.1 FET Berbasis Graphene yang Diinduksi Laser
Bio-FET berbasis graphene FET telah menjadi pengubah permainan dalam biosensing, memanfaatkan karakteristik graphene yang luar biasa, termasuk konduktivitasnya yang luar biasa, luas permukaan yang luas, fleksibilitas, dan biokompatibilitas. Hal ini menjadikan graphene kandidat yang ideal untuk mendeteksi berbagai biomolekul dengan sensitivitas dan spesifisitas yang unggul. Aplikasi Bio-FET graphene berkisar dari diagnostik medis, hingga pemantauan lingkungan dan keamanan pangan, hingga metode deteksi real-time tanpa label yang dapat diskalakan dan dapat diterapkan.

FET graphene yang difungsionalkan dengan aptamer DNA berlabel piren menunjukkan sensitivitas dalam mendeteksi E. coli ( Gambar 6B ), menangani kebutuhan kesehatan masyarakat yang kritis dan meningkatkan keamanan pangan melalui deteksi kontaminasi bakteri yang cepat dan akurat. [ 144 ] Aptamer kaya guanin digunakan untuk membuat Bio-FET graphene untuk pemantauan insulin waktu nyata (Gambar 6B ), memungkinkan prediksi dosis insulin yang tepat dan meningkatkan manajemen diabetes. [ 145 ] Memperluas utilitasnya ke imunologi, FET berbasis lapisan tunggal graphene mendeteksi Interferon-gamma (IFN-γ) (Gambar 6C ), biomarker utama untuk tuberkulosis dan respons imun. [ 146 ] Kemajuan ini menunjukkan potensi transformatif BioFET graphene dalam deteksi penyakit menular, penelitian imunologi, dan perawatan kesehatan yang dipersonalisasi. Melampaui perawatan kesehatan, Bio-FET graphene juga memainkan peran penting dalam keamanan pangan dan aplikasi lingkungan. Misalnya, FET graphene yang terikat secara kovalen secara efisien mendeteksi ochratoxin A (OTA) dalam sampel anggur yang dicampur, ditunjukkan pada Gambar 6D , [ 147 ] yang menunjukkan kegunaannya dalam mengidentifikasi mikotoksin yang berbahaya dan memastikan kualitas makanan. Demikian pula, sensor FET graphene yang mampu mendeteksi lisozim, ditunjukkan pada Gambar 6E ,  protein imun yang vital, menawarkan pendekatan proaktif untuk memantau infeksi bakteri dan kondisi kronis. Inovasi ini menjembatani kesenjangan antara deteksi biomolekul waktu nyata dan aplikasi lapangan praktis.

A) Graphene FET difungsikan dengan aptamer DNA berlabel piren untuk mendeteksi E. coli , direproduksi dari,  Graphene BioFET untuk pemantauan insulin waktu nyata, direproduksi dari, FET berbasis satu lapis graphene dirancang untuk mendeteksi Interferon-gamma (IFN-γ), direproduksi dari, hak cipta Elsevier. D) Graphene FET secara efisien mendeteksi okratoksin A (OTA) dalam sampel anggur bercampur, direproduksi dari, [ 147 ] hak cipta MDPI. E) Sensor Graphene FET untuk mendeteksi lisozim, direproduksi dari hak cipta Frontiers. F) Graphene BioFET yang dapat dikenakan untuk mendeteksi TNF-α dan IFN-γ.
Penelitian tentang penyakit neurodegeneratif telah memfokuskan perhatian yang luar biasa pada integrasi BioFET graphene. Perkembangan terkini menggambarkan sensor extended-gate FET (EG-FET) yang difungsionalkan dengan LIG yang disisipkan dengan nanopartikel MnO₂, yang ditujukan untuk mengukur peroksinitrit (ONOO⁻), fitur patologis awal penyakit Alzheimer.  Biosensor dinamis ini selanjutnya digabungkan menjadi platform pelacakan portabel dan nirkabel untuk penilaian real-time tingkat ONOO⁻ di jaringan otak tikus transgenik AD, yang memungkinkan pemeriksaan peroksinitrit yang konsisten dalam peningkatan AD sebelum munculnya plak Aβ masif. Perkembangan ini menyoroti janji yang dihadirkan oleh BioFET berbasis graphene untuk deteksi dini penyakit neurodegeneratif, membuka jalan diagnostik yang sama sekali baru dalam penelitian Alzheimer. Selain itu, BioFET berbasis LIG memungkinkan deteksi noninvasif penyakit kronis, seperti penyakit ginjal kronis tahap awal, menggunakan sensor EG-FET untuk Cystatin C urin (u-Cys C). [ 150 ] Elektroda EG graphene, dimodifikasi dengan nanopartikel emas dan kromium pada LIG, meningkatkan kinerja listrik dan melumpuhkan papain untuk deteksi Cystatin C yang selektif. Sensor ini mencapai batas deteksi sangat rendah sebesar 0,05 ag µL −1 pada rentang yang luas (5 ag µL −1 hingga 50 ng µL −1 ), yang memastikan sensitivitas tinggi. Platform yang dapat diskalakan dan bebas label ini menawarkan solusi hemat biaya untuk skrining CKD dini dan manajemen penyakit.

Bahasa Indonesia: Mendorong batasan pemantauan kesehatan yang dipersonalisasi, BioFET graphene yang dapat dikenakan menunjukkan deteksi sitokin yang sangat sensitif seperti TNF-α dan IFN-γ, seperti yang ditunjukkan pada. Fleksibilitas dan kompatibilitas perangkat ini dengan biofluida menggarisbawahi potensinya untuk diagnostik berkelanjutan dan noninvasif, khususnya pada penyakit inflamasi dan autoimun. Kemajuan dalam deteksi asam nukleat lebih lanjut menyoroti peran transformatif graphene. Bio-FET berbasis graphene yang menggunakan probe DNA yang direkayasa mencapai sensitivitas tingkat femtomolar untuk hibridisasi DNA, [ 152 ] membuka jalan bagi terobosan dalam diagnostik penyakit genetik dan skrining throughput tinggi untuk pengobatan yang dipersonalisasi. Studi-studi ini secara kolektif menggambarkan fleksibilitas Bio-FET berbasis graphene dalam mengatasi tantangan kritis di seluruh domain. Integrasi yang mulus dari sifat-sifat unik graphene ke dalam aplikasi dunia nyata tidak hanya meningkatkan akurasi dan efisiensi biosensing tetapi juga membuka jalur untuk nanoteknologi mutakhir. Bio-FET berbasis grafena siap mendefinisikan ulang diagnostik dan perawatan kesehatan generasi berikutnya, keselamatan lingkungan, dan pengoptimalan industri. Dengan menjembatani biologi molekuler dengan pemantauan, menawarkan solusi yang dapat diskalakan, portabel, dan sangat sensitif untuk tantangan global. Tabel 6 memberikan ringkasan terstruktur dari temuan utama, batas deteksi, dan aplikasi, yang berfungsi sebagai referensi ringkas untuk kemajuan berkelanjutan dalam FET berbasis grafena.

3.2 FET Nanotube Karbon
Karbon nanotube FET (CNT-FET) telah muncul sebagai biosensor serbaguna, memanfaatkan sifat listrik, mekanik, dan biokompatibel yang luar biasa dari karbon nanotube.  Perangkat ini telah menunjukkan utilitas yang luar biasa dalam diagnostik medis dan pemantauan lingkungan. Selama pandemi COVID-19, biosensor CNT-FET mendeteksi antigen SARS-CoV-2 S1 dalam air liurdengan batas deteksi sangat rendah 4,12 fg mL −1 dan waktu respons cepat 2–3 menit, menawarkan skalabilitas luar biasa untuk diagnostik skala besar.  Dalam kesehatan kardiovaskular, CNT-FET telah terbukti efektif untuk mendeteksi protein C-reaktif (CRP), biomarker peradangan utama. Desain yang terkenal termasuk imunosensor dengan rentang dinamis 0,01–1000 µg mL −1 untuk deteksi dini penyakit jantung koroner  dan sistem berbasis aptamer dengan batas deteksi 150 pM untuk pemantauan CRP portabel dalam aplikasi klinis .

CNT-FET melampaui penanda diagnostik untuk menargetkan indikator stres oksidatif kritis. Misalnya, CNT-FET fungsionalisasi sitokrom c memungkinkan deteksi real-time hidrogen peroksida (H₂O₂) pada konsentrasi femtomolar, memberikan wawasan penting ke dalam kerusakan oksidatif dan penyakit terkait.  Demikian pula, teknologi CNT-FET telah memajukan diagnostik kanker melalui deteksi sensitif protein eksosomal dan DNA tumor yang bersirkulasi (ctDNA). CNT FET semikonduktor mendeteksi MUC1, biomarker kanker payudara , pada batas sangat rendah 0,34 fg mL −1 , membedakan pasien kanker dari individu yang sehat.  Selain itu, transistor film tipis all-CNT yang terintegrasi dengan nanostruktur DNA tetrahedral (TDN) mencapai batas deteksi 2 fM untuk DNA tumor yang bersirkulasi (ctDNA) (Gambar 7D ), yang memungkinkan deteksi biomarker multipleks dan memajukan diagnostik onkologi.CNT-FET yang lebih jauh memperluas utilitasnya telah memungkinkan deteksi sitokin inflamasi seperti interleukin-6 (IL-6), penanda penting untuk kanker dan respons imun. Mikroarray CNT-FET fungsionalisasi aptamer mendeteksi IL-6 pada konsentrasi serendah 1 pg mL −1 , yang berada di bawah ambang batas diagnostik untuk kanker stadium awal,   Demikian pula, dalam pemantauan kesehatan metabolik, CNT FET terdoping kalium menunjukkan deteksi kolesterol yang cepat dan selektif dengan sensitivitas tinggi dan stabilitas jangka panjang, yang menunjukkan penerapannya dalam memantau gangguan metabolik, yang ditunjukkan pada Gambar 7F .

Kemajuan terkini dalam biosensor CNT-FET didorong oleh integrasi pembelajaran mesin (ML) dan Internet of Things (IoT), yang telah meningkatkan kemampuan analitis, pemrosesan data waktu nyata, dan pemantauan kesehatan jarak jauh secara signifikan. Satu studi penting mengeksplorasi penggunaan algoritma ML untuk mengidentifikasi deskriptor penginderaan penting dalam interaksi molekuler dengan CNT-FET yang dihiasi nanopartikel logam. Sensor ini, yang didasarkan pada tabung nano karbon berdinding tunggal (SWCNT), memberikan deteksi molekuler yang sangat sensitif. Dengan mengintegrasikan teknik ML yang diawasi dengan data sensor eksperimental, studi ini berhasil membedakan lima senyawa purin (adenin, guanin, xantin, asam urat, dan kafein). Dengan menggunakan eliminasi fitur rekursif dan analisis diskriminan linier, peneliti mengidentifikasi tiga parameter utama transkonduktansi, tegangan ambang batas, dan konduktansi minimum sebagai fitur paling penting untuk klasifikasi analit. Model ML mencapai akurasi klasifikasi 95% menggunakan Analisis Diskriminan Linier dan 93,4% menggunakan Mesin Vektor Pendukung. Temuan ini menyoroti potensi menggabungkan sensor berbasis nanomaterial dengan model komputasi untuk meningkatkan presisi, selektivitas, dan analisis waktu nyata. [ 177 ] Secara paralel, integrasi IoT telah memperluas fungsionalitas biosensor CNT-FET untuk pemantauan kesehatan nirkabel waktu nyata.

Sebuah studi baru-baru ini memperkenalkan biosensor CNT-FET gerbang-panjang jarum mikro yang dapat diregangkan dan sesuai dengan kulit untuk pemantauan natrium berkelanjutan dalam cairan interstisial, yang menawarkan pemantauan kesehatan minimal invasif. [ 178 ] CNT-FET berbasis jarum mikro menunjukkan sensitivitas tinggi, batas deteksi rendah, biokompatibilitas yang sangat baik, dan stabilitas mekanis untuk aplikasi penginderaan natrium pada tubuh. Selain itu, integrasi perangkat ini dengan pemancar data nirkabel dan cloud IoT memungkinkan pemantauan natrium waktu nyata dan analisis tren kesehatan jangka panjang, membuka jalan bagi perawatan kesehatan digital tingkat lanjut dan pengambilan keputusan klinis yang akurat. Platform ini mencontohkan bagaimana biosensor yang dapat dikenakan bertenaga IoT dapat merevolusi pemantauan pasien jarak jauh dan pengobatan yang dipersonalisasi dengan memberikan wawasan biokimia waktu nyata yang berkelanjutan. [ 178 ] Temuan ini menyoroti potensi menggabungkan sensor berbasis nanomaterial dengan model komputasi untuk deteksi molekuler yang ditingkatkan. Dengan memanfaatkan pendekatan yang digerakkan oleh pembelajaran mesin, biosensor berbasis CNT-FET dapat mencapai presisi yang lebih tinggi, selektivitas yang lebih baik, dan analitik waktu nyata yang kuat. Integrasi ini membuka jalan bagi teknologi biosensing generasi berikutnya, memajukan aplikasi dalam perawatan kesehatan, pemantauan lingkungan, dan penelitian biomedis.

Untuk meringkas wawasan dan kemajuan dari berbagai studi kasus CNT-FET, Tabel 7 berikut ini memberikan perbandingan terstruktur. Tabel ini menyoroti pentingnya bahan, tren menyeluruh, parameter utama, dan beragam aplikasi biosensor CNT-FET. Tinjauan komprehensif ini menjembatani penjelasan terperinci yang diberikan sebelumnya dan menyajikan studi kasus dalam format yang memungkinkan perbandingan dan evaluasi mudah atas potensi transformatifnya dalam aplikasi medis, lingkungan, dan industri. Di bawah ini, tabel menguraikan studi kasus ini, yang menunjukkan fleksibilitas dan kemampuan beradaptasi teknologi CNT-FET di berbagai domain.

3.3 FET berbasis Graphene Tereduksi
Reduced graphene oxide-based FETs (RGO-FETs) adalah alat hebat lainnya untuk biosensing dalam diagnostik medis dan pemantauan lingkungan. RGO-FET yang difungsikan dengan probe DNA untai tunggal memungkinkan deteksi lisozim secara real-time, protein imun, dengan rentang deteksi 10 nm hingga 1 µM ( Gambar 8A ) , yang menawarkan peringatan dini untuk infeksi bakteri. [ 148 ] Dalam biodefense, RGO-FET yang difungsikan dengan aptamer mendeteksi antigen pelindung antraks (PA) dengan sensitivitas ultra, mencapai LOD yang belum pernah terjadi sebelumnya sebesar 1,2 aM melalui amplifikasi sinyal nanopartikel emas (Gambar 8B ). [ 153 ] Dengan cara yang sama, RGO-FET yang difungsionalkan dengan aptamer RNA secara selektif mendeteksi protein HPV-16 E7 dalam saliva pada LOD 100 pg mL −1 , menunjukkan potensi untuk diagnostik kanker serviks noninvasif (Gambar 8C ). [ 183 ] RGO-FET telah menunjukkan kemajuan luar biasa dalam deteksi biomarker. Misalnya, RGO-FET yang difungsionalkan PNA mendeteksi mikroRNA dengan LOD 10 fM, yang memungkinkan diferensiasi sekuens yang tepat (Gambar 8D ). [ 184 ] Lebih jauh lagi, RGO-FET dengan antibodi CD63 mengukur eksosom pada 33 partikel µL −1 , yang secara efektif membedakan pasien kanker prostat dari individu yang sehat. [ 186 ] RGO-FET lain mencapai sensitivitas femtomolar untuk deteksi PSA pada enam orde besaran. [ 187 ] Memperluas ke diagnostik kardiovaskular, BN-GO FET (Fet oksida grafen yang didoping nitrogen) BN-GO FET mendeteksi peptida natriuretik tipe-B pada LOD luar biasa 10 aM, dengan rentang dinamis yang mencakup 11 orde besaran (Gambar 8E ). [ 185 ] Inovasi-inovasi ini menyoroti potensi transformatif RGO-FET dalam diagnostik medis. Secara kolektif, studi-studi ini menyoroti fleksibilitas dan sensitivitas RGO-FET di berbagai aplikasi, mulai dari deteksi kanker dini dan diagnostik gagal jantung hingga pemantauan patogen dan biodefense. Kemampuan mereka untuk beroperasi tanpa label di lingkungan biologis yang kompleks, ditambah dengan waktu respons yang cepat dan skalabilitas, menetapkan RGO-FET sebagai landasan dalam memajukan teknologi biosensing. Untuk mengkonsolidasikan wawasan dari studi kasus terperinci tentang biosensor RGO-FET, berikut Tabel 8menyediakan tinjauan komparatif. Tinjauan ini menyoroti pentingnya material, tren menyeluruh, parameter utama, dan aplikasi di berbagai domain. Perbandingan terstruktur ini menjembatani narasi deskriptif dan menyajikan studi dalam format yang jelas untuk memudahkan evaluasi dan pemahaman potensi transformatifnya. Di bawah ini, tabel menguraikan temuan-temuan ini dan menekankan fleksibilitas teknologi RGO-FET.

Presentasi PowerPoint
A) RGO-FET difungsikan dengan probe DNA untai tunggal yang diaktifkan untuk deteksi protein imun spesifik lisozim, direproduksi dari, RGO-FET untuk deteksi antigen pelindung antraks, direproduksi dari, [ 153 ] hak cipta Wiley. C) RGO-FET difungsikan dengan aptamer RNA untuk deteksi selektif protein HPV-16 E7, direproduksi dari, [ 183 ] hak cipta Springer. D) RGO-FET menggunakan probe asam nukleat peptida (PNA) untuk mendeteksi microRNA, direproduksi dari,hak cipta Elsevier. E) FET oksida grafen yang didoping bersama boron dan nitrogen untuk mendeteksi peptida natriuretik tipe-B, direproduksi dari, [ 185 ] hak cipta Elsevier.
Tabel 8. Tabel perbandingan komprehensif semua studi kasus RGO-FET.

3.4 FET Berbasis Molibdenum Disulfida (MoS 2 )
Molibdenum disulfida (MoS 2 ), material 2D dari keluarga logam transisi dikalkogenida (TMDC), telah muncul sebagai platform yang kuat untuk biosensor FET karena sifat elektroniknya yang luar biasa, rasio permukaan terhadap volume yang tinggi, dan stabilitas kimia. FET berbasis MoS 2 menawarkan kemampuan deteksi yang sangat sensitif dan bebas label serta fleksibilitas di berbagai aplikasi, mulai dari diagnostik perawatan kesehatan hingga pemantauan lingkungan. Kemajuan terkini telah menunjukkan potensinya dalam mendeteksi berbagai analit dengan sensitivitas dan spesifisitas yang luar biasa.

Salah satu aplikasi penting dari FET berbasis MoS 2 adalah dalam deteksi antibiotik, seperti yang ditunjukkan oleh sensor yang dirancang untuk penentuan kanamisin. [ 193 ] Menggunakan struktur aptamer hibrida yang dibentuk oleh untaian DNA komplementer, sensor ini mencapai selektivitas tinggi untuk kanamisin dibandingkan antibiotik yang secara struktural serupa, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9A . Dengan batas deteksi 0,66 nM, pekerjaan ini menyoroti kemampuan MoS 2 untuk mengatasi tantangan dalam deteksi antibiotik melalui rekayasa probe yang inovatif. Memperluas konsep ini ke pemantauan hormon, FET berbasis MoS 2 nanomesh dikembangkan untuk deteksi kortisol. Dengan memperkenalkan lubang skala nano di saluran MoS 2 untuk meningkatkan situs pengikatan aktif, sensor mencapai peningkatan sensitivitas 10⁹ kali lipat dibandingkan dengan FET berbasis MoS 2 murni . Kemajuan ini memudahkan deteksi kortisol dalam matriks biologis kompleks seperti serum dan air liur (ditunjukkan pada Gambar 9B ), yang menggarisbawahi keserbagunaan material dalam diagnostik terkait stres. Sensitivitas FET berbasis MoS 2 meluas ke pengujian genetik dan prenatal. FET berbasis MoS2 beberapa lapis digunakan untuk deteksi hibridisasi DNA bebas label dari hibridisasi molekul DNA (ditunjukkan pada Gambar 9C , [ 195 ] memanfaatkan efek gating elektrostatik untuk mencapai batas deteksi 10 f m dan rentang dinamis 10⁶. Berdasarkan kemampuan ini, FET berbasis MoS2 satu lapis yang difungsionalkan dengan nanopartikel emas menunjukkan kemanjurannya dalam pengujian prenatal noninvasif untuk sindrom Down. Sensor ini secara andal mendeteksi fragmen DNA spesifik kromosom pada konsentrasi di bawah 100 aM, membuka jalan bagi diagnostik prenatal dini dan andal, ditunjukkan pada Gambar 9D . Biosensor CRP yang memanfaatkan lembaran nano MoS₂ yang dihias nanopartikel Au mencapai batas deteksi luar biasa sebesar 8,38 fg mL −1 , yang menyoroti potensinya untuk perangkat diagnostik yang ringkas. Dalam diagnostik kanker kandung kemih, susunan sensor FET berbasis MoS₂ menunjukkan deteksi multi-target dengan mengidentifikasi biomarker seperti NMP22 dan CK8 dalam urin pada batas deteksi serendah 0,027 a m , menunjukkan kemampuannya untuk skrining kanker yang komprehensif.

FET berbasis MoS2 , sensor yang dirancang untuk penentuan kanamisin, direproduksi dari, [ 193 ] dengan izin dari Elsevier. B) FET berbasis MoS2 untuk deteksi kortisol, , Electronics Square. C) FET berbasis MoS2 untuk deteksi hibridisasi DNA bebas label dari molekul DNA, direproduksi dari, [ 195 ] hak cipta Springer. D) FET berbasis MoS2 yang difungsionalkan dengan nanopartikel emas untuk deteksi sindrom Down, direproduksi dari, [ 196 ] hak cipta ACS.
MoS₂ juga telah memajukan teknologi yang dapat dikenakan, dicontohkan oleh lensa kontak pintar yang terintegrasi dengan FET berbasis MoS₂ yang memantau kadar glukosa, suhu kornea, dan informasi optik secara real time. [ 162 ] Menggabungkan sensitivitas tinggi, kekokohan, dan biokompatibilitas, MoS₂ memungkinkan solusi generasi berikutnya untuk diagnostik dan perawatan kesehatan yang dapat dikenakan. Studi kasus yang dibahas menyoroti aplikasi serbaguna dari FET berbasis MoS2 di berbagai domain, termasuk diagnostik perawatan kesehatan, pemantauan lingkungan, dan teknologi yang dapat dikenakan. Dari mendeteksi antibiotik dan hormon stres hingga memungkinkan pengujian prenatal noninvasif dan identifikasi biomarker kanker, FET berbasis MoS2 menunjukkan sensitivitas dan spesifisitas yang luar biasa. Integrasi mereka ke dalam platform multifungsi, seperti lensa kontak pintar dan proses fabrikasi perangkat yang dapat diskalakan, lebih lanjut menunjukkan potensi transformatif mereka. Untuk memberikan gambaran umum yang komprehensif, Tabel 9 merangkum aspek-aspek utama dari studi-studi ini, yang menekankan batas deteksi, analit target, dan fitur uniknya. Perbandingan terorganisir ini membantu dalam memahami kemajuan dan aplikasi biosensor FET berbasis MoS2 .

perbandingan komprehensif studi kasus FET berbasis MoS2 .
Target analit Batas deteksi Fitur utama Aplikasi Kanamisin 0,66nM​ Deteksi antibiotik selektif dengan aptamer Diagnostik perawatan kesehatan dan keamanan pangan
Kortisol Peningkatan 10⁹ kali lipat Nanomesh untuk meningkatkan sensitivitas Diagnostik terkait stres Hibridisasi DNA 10 FM Deteksi DNA tanpa label Diagnostik genetik dan molekuler Fragmen DNA Trisomi 21 < 100 pagi Tes prenatal untuk sindrom Down Tes prenatal non-invasif Hibridisasi PMO-DNA 6 jam Hibridisasi PMO-DNA Diagnostik penyakit Protein C-reaktif 8,38 fg ml -1 Integrasi dengan teknologi CMOS Perangkat diagnostik kompak TNF-alfa dan Streptavidin 60 frekuensi radio Respon ambipolar untuk meningkatkan sensitivitas Deteksi kanker tingkat lanjut Interleukin-1β 1 jam Kuantifikasi biomolekul berdasarkan siklus Imunoassay untuk biomolekul berkelimpahan rendah Tinjauan umum aplikasi MoS2 Tidak tersedia Pengelupasan berthroughput tinggi Pembuatan perangkat yang dapat diskalakan Glukosa 300nM, tegangan Deteksi glukosa cepat Pemantauan glukosa Biomarker kanker kandung kemih 0,027 pagi, m Deteksi biomarker simultan Diagnosis kanker kandung kemih Antigen spesifik prostat 1 gram ml -1 Sensitivitas sangat tinggi Diagnostik kanker prostat Glukosa dan suhu Beberapa Analit Lensa pintar multifungsi Perangkat kesehatan yang dapat dikenakan

4 Tantangan, Kemajuan Terkini, dan Arah Masa Depan dalam Pengembangan Bio-FET
Bio-FET muncul sebagai alat transformatif dalam biosensing, menawarkan sensitivitas tinggi dan analisis waktu nyata. Namun, pengembangannya menghadapi tantangan signifikan pada tingkat material yang menghambat penerapannya secara lebih luas, khususnya dalam diagnostik klinis. Mengatasi tantangan ini sangat penting untuk mencapai transduksi sinyal yang andal, stabilitas jangka panjang, dan proses fabrikasi yang dapat diskalakan.

4.1 Reproduksibilitas dan Konsistensi Material dalam Fabrikasi
Variabilitas material menjadi perhatian besar dalam hal reproduktifitas transduksi sinyal Bio-FET. Kinerja dalam Bio-FET bergantung pada bahan yang digunakan, dan karena alasan ini, Graphena, MoS₂, dan CNT mungkin memiliki tantangan uniknya sendiri yang menyebabkan perbedaan dalam kualitas perangkat. Graphena secara luas dianggap sebagai bahan pilihan untuk aplikasi biosensing karena konduktivitas listrik dan sensitivitas permukaannya yang besar. Fabrikasi graphena yang umum dapat bervariasi dalam kerapatan cacat, fungsionalisasi permukaan, dan kristalinitas dan ini menyebabkan variabilitas kinerja antar perangkat. Karakterisasi ini menimbulkan perhatian utama untuk memenuhi persyaratan keandalan yang akan diadopsi, terutama dalam aplikasi klinis. [ 45 ] Sama seperti MoS₂ dan CNT, sifat listrik dan struktural yang seragam menjadi tantangan di sini. Bahan-bahan tersebut mungkin cenderung tampak tidak homogen, yang mengakibatkan variasi sifat elektroniknya, sehingga secara langsung memengaruhi efektivitasnya dalam aplikasi biosensing. Dengan kurangnya standarisasi dalam prosedur sintesis, variabilitas ini memerlukan upaya menuju prosedur yang dapat meningkatkan standar manufaktur yang dapat diandalkan.

Untuk mengatasi kerugian yang disebutkan di atas, para peneliti sedang menyelidiki beberapa teknik canggih dalam sintesis, misalnya, bahan rekayasa cacat dan metode pertumbuhan kristal tunggal. Bahan rekayasa cacat memiliki potensi untuk meningkatkan karakteristik elektronik nanomaterial melalui jenis cacat dan kepadatan yang sangat dapat disesuaikan yang dimasukkan selama pembuatan baha n tersebut. Lebih jauh, metode pertumbuhan kristal tunggal ini dapat menghasilkan kualitas bahan yang lebih baik dengan sifat yang seragam, yang penting untuk kinerja sensor yang andal. Kemajuan dalam sintesis tersebut sangat penting untuk peningkatan reproduktifitas dan keandalan Bio-FET, agar bahan tersebut dipertahankan pada tingkat yang sama dalam hal sifat elektronik, mekanis, dan kimia di berbagai perangkat. Selain sintesis material, protokol fungsionalisasi yang tepat dan terstandarisasi juga sangat penting dalam mencapai respons sinyal yang dapat diprediksi dalam perangkat Bio-FET. Ikatan kovalen dan lapisan tunggal yang dirakit sendiri tersebut menyediakan cara baru dan mudah untuk melumpuhkan elemen pengenalan ke permukaan sensor. Ikatan kovalen pada gilirannya akan meningkatkan stabilitas dan spesifisitas interaksi biomolekuler secara signifikan. Sementara itu, lapisan tunggal yang dirakit sendiri dapat menciptakan kimia permukaan yang terkendali yang mengurangi penyerapan nonspesifik dan meningkatkan kemampuan transduksi sinyal sensor.
Selain itu, pemanfaatan AI, termasuk ML, berkembang pesat di seluruh aspek ilmu material, yang meliputi penemuan, sintesis, karakterisasi, dan kinerja. ML dianggap sebagai alat yang menjanjikan dalam sintesis dan karakterisasi material, dengan harapan untuk aplikasi inovatif dalam waktu dekat. Ini telah muncul sebagai alat revolusioner dalam penelitian ilmu material, memfasilitasi analisis cepat dan tepat dari sifat material yang kompleks. Algoritma AI mampu mengidentifikasi jalur yang paling efisien dan dapat diotomatisasi untuk sintesis kimia dan juga dapat membantu dalam identifikasi dan pengoptimalan katalis. Tidak seperti ahli kimia manusia, sintesis yang digerakkan oleh AI memastikan hasil yang konsisten dan dapat direproduksi di beberapa iterasi. Para peneliti sedang mengeksplorasi metode untuk mempercepat penemuan dengan mengintegrasikan eksperimen otomatis, AI, dan komputasi kinerja tinggi. AI generatif membentuk kembali ilmu material dengan membaca, menulis, membuat hipotesis, dan memecahkan masalah yang kompleks. Algoritma pengambilan keputusan berbasis jaringan saraf ensemble memungkinkan pengoptimalan formulasi material yang lebih efisien. Menggabungkan mekanisme kontrol kualitas yang ditingkatkan AI dapat meningkatkan reproduktifitas, meminimalkan cacat, dan memastikan bahwa perangkat Bio-FET mempertahankan kinerja yang konsisten di seluruh batch produksi skala besar. Penerapan strategi fungsionalisasi ini secara sukses sangat penting untuk mengoptimalkan sensitivitas dan selektivitas sensor, yang pada akhirnya menghasilkan sinyal yang lebih andal dan dapat direproduksi yang penting untuk diagnostik klinis.

4.2 Daya Tahan Operasional dan Stabilitas Jangka Panjang
Stabilitas jangka panjang Bio-FET di lingkungan biologis menimbulkan tantangan yang signifikan, terutama karena degradasi bahan yang digunakan dalam sensor ini. Bahan seperti grafena dan bahan 2D lainnya sangat rentan terhadap faktor-faktor seperti oksidasi, kelembapan, dan interaksi dengan cairan biologis yang kompleks. Interaksi ini dapat menyebabkan degradasi kinerja secara bertahap, yang sering disebut sebagai penyimpangan kinerja, yang pada akhirnya membahayakan keandalan sensor dalam aplikasi dunia nyata. Oksidasi dan kelembapan dapat mengubah komposisi kimia dan sifat elektronik bahan grafena dan 2D, yang berdampak buruk pada konduktivitas dan respons sensornya. Selain degradasi lingkungan, biofouling tetap menjadi masalah kritis, di mana penyerapan biomolekul yang tidak spesifik ke permukaan aktif sensor mengaburkan kemampuan penginderaannya. Fenomena ini tidak hanya menimbulkan gangguan pada sinyal sensor tetapi juga mengurangi spesifisitas deteksi, yang menyebabkan pembacaan yang salah atau tidak konsisten. Strategi yang efektif untuk mengatasi biofouling sangat penting untuk meningkatkan kemampuan operasional jangka panjang Bio-FET.

Dalam upaya untuk memerangi biofouling, pelapis material inovatif seperti polietilena glikol (PEG) dan polimer zwitterionik telah dikembangkan. Pelapis ini telah dikenal karena kemanjurannya dalam mencegah adhesi protein nonspesifik, dengan demikian mempertahankan permukaan yang lebih jernih untuk penginderaan yang efektif. Namun, ada trade-off kritis yang terkait dengan pelapis ini: sementara mereka dapat secara signifikan mengurangi fouling, mereka sering mengorbankan sensitivitas intrinsik sensor dan membatasi kemampuan deteksi Bio-FET ketika sampel biologis yang kompleks dianalisis. Untuk mengatasi tantangan ganda degradasi material dan biofouling, antarmuka organik-anorganik hibrida telah muncul sebagai solusi yang menjanjikan. Integrasi bahan anorganik yang tahan lama, seperti titanium dioksida (TiO₂) atau lapisan nano silikon dioksida (SiO₂), dengan lapisan penginderaan organik Bio-FET tampaknya efektif dalam meningkatkan stabilitas kimia. Penelitian terkini menunjukkan bahwa lapisan nano ini dapat meningkatkan ketahanan Bio-FET secara signifikan terhadap degradasi akibat oksidatif dan kelembapan sambil mempertahankan sifat fungsionalnya. Jalur penelitian penting lainnya adalah pengembangan bahan penyembuhan mandiri yang adaptif. Bahan ini dapat memperbaiki cacat kecil dan kerusakan struktural yang disebabkan oleh degradasi lingkungan, sehingga memperpanjang masa pakai operasional Bio-FET. Selain itu, penggunaan lapisan superhidrofobik dapat membantu mencegah penyerapan kelembapan dan biofouling, yang selanjutnya meningkatkan daya tahan dalam kondisi biologis.

4.3 Keberlanjutan dan Dampak Lingkungan dari Bahan Bio-FET
Meningkatnya adopsi Bio-FET menimbulkan kekhawatiran mengenai dampak lingkungannya, termasuk produksi limbah elektronik dan daur ulang material. Mengatasi masalah keberlanjutan sangat penting untuk pembangunan yang bertanggung jawab terhadap lingkungan karena teknologi Bio-FET semakin dikomersialkan.

4.3.1 Daur Ulang Bahan Bio-FET
Sebagian besar Bio-FET bergantung pada nanomaterial canggih seperti graphene, MoS₂, nanokabel silikon, dan CNT, yang memiliki sifat listrik yang sangat baik tetapi menimbulkan tantangan untuk daur ulang. Material semikonduktor tradisional, seperti FET berbasis silikon, berkontribusi secara signifikan terhadap limbah elektronik karena sifatnya yang tidak dapat terurai secara hayati dan kesulitan dalam memulihkan elemen berharga dari komponen elektronik yang dibuang. Namun, material baru dan strategi fabrikasi sedang dieksplorasi untuk meningkatkan daur ulang Bio-FET. Pengembangan Bio-FET menggunakan substrat yang dapat terurai secara hayati, seperti nanomaterial berbasis selulosa, fibroin sutra, dan asam polilaktat (PLA), menghadirkan jalan yang menjanjikan untuk mengurangi dampak lingkungan. Material ini dapat terurai secara alami tanpa melepaskan residu berbahaya, membuatnya cocok untuk biosensor sekali pakai dalam diagnostik point-of-care dan pemantauan lingkungan. Kemajuan terbaru dalam elektronika transien telah memungkinkan fabrikasi Bio-FET yang dapat larut, di mana seluruh perangkat dapat terdegradasi dalam kondisi yang terkendali (misalnya, paparan air atau biofluida). Bahan-bahan seperti magnesium, seng oksida, dan polimer yang larut dalam air (misalnya, polivinil alkohol) sedang dieksplorasi untuk mengembangkan platform Bio-FET yang dapat terdegradasi sepenuhnya yang meminimalkan akumulasi limbah elektronik jangka panjang. Upaya untuk menggabungkan bahan konduktif dan semikonduktor yang dapat dengan mudah dipulihkan dan digunakan kembali di perangkat masa depan sedang mendapatkan perhatian. Misalnya, teknik pengelupasan berbasis air untuk grafena dan MoS₂ memungkinkan pemulihan bahan-bahan ini secara efisien dari Bio-FET yang dibuang, mengurangi kebutuhan untuk ekstraksi bahan baku baru. Selain itu, tinta konduktif berbasis nanopartikel logam yang dapat diklaim kembali dan digunakan kembali dalam elektronik cetak sedang dikembangkan.

4.3.2 Meminimalkan Limbah Elektronik dalam Pembuatan Bio-FET
Limbah elektronik yang dihasilkan dari biosensor yang dibuang merupakan masalah lingkungan yang besar, terutama karena perangkat Bio-FET sekali pakai menjadi lebih banyak diadopsi. Untuk mengurangi masalah ini, beberapa strategi sedang dieksplorasi: 1) Pendekatan Manufaktur Berkelanjutan: Metode sintesis hijau, seperti teknik hidrotermal dan solvotermal, digunakan untuk memproduksi bahan Bio-FET dengan limbah kimia minimal. Misalnya, metode reduksi ramah lingkungan untuk oksida grafena menggunakan ekstrak tanaman atau reagen tidak beracun lainnya menghilangkan kebutuhan akan bahan kimia berbahaya seperti hidrazin. 2) Fabrikasi Hemat Energi: Fabrikasi semikonduktor konvensional melibatkan proses suhu tinggi dan teknik berbasis vakum, yang boros energi dan membebani lingkungan. Pendekatan alternatif, seperti pemrosesan berbasis larutan, pencetakan inkjet, dan fabrikasi roll-to-roll, secara signifikan mengurangi jejak karbon produksi Bio-FET sambil mempertahankan kinerja tinggi. 3) Desain Bio-FET yang Dapat Digunakan Kembali dan Modular: Alih-alih menggunakan sensor sekali pakai, para peneliti tengah menjajaki arsitektur Bio-FET modular di mana elemen penginderaan (misalnya, aptamer, antibodi, atau enzim) dapat diganti tanpa membuang seluruh perangkat. Konsep ini tidak hanya meningkatkan keawetan platform Bio-FET tetapi juga meminimalkan pemborosan material.

4.3.3 Keberlanjutan dalam Aplikasi Bio-FET Generasi Berikutnya
Seiring dengan transisi Bio-FET ke aplikasi dunia nyata, mengintegrasikan pertimbangan keberlanjutan ke dalam desain siklus hidupnya akan menjadi sangat penting. Beberapa arah masa depan dapat mendorong inovasi yang ramah lingkungan: 1) Pendekatan Ekonomi Sirkular: Mengadopsi model ekonomi sirkular untuk produksi Bio-FET, di mana perangkat akhir masa pakai dikumpulkan, dibongkar, dan digunakan kembali, dapat secara signifikan mengurangi limbah elektronik. Menerapkan sistem daur ulang loop tertutup dalam fasilitas manufaktur akan memastikan bahwa bahan-bahan berharga, seperti logam mulia dan nanomaterial, dipulihkan dan digunakan kembali secara efisien. 2) Pertimbangan Peraturan dan Kebijakan: Pemerintah dan badan pengatur menegakkan pedoman yang lebih ketat untuk pengelolaan limbah, yang mendorong para peneliti dan produsen untuk mengembangkan alternatif yang berkelanjutan. Sertifikasi standar untuk Bio-FET yang dapat terurai secara hayati dan dapat didaur ulang dapat membantu mempromosikan adopsi mereka dalam aplikasi komersial. 3) Solusi Pengemasan dan Pembuangan yang Ramah Lingkungan: Di luar perangkat itu sendiri, metode pengemasan dan pembuangan juga harus selaras dengan tujuan keberlanjutan. Pengembangan kemasan yang dapat dijadikan kompos atau didaur ulang untuk sensor berbasis Bio-FET, ditambah dengan kampanye kesadaran masyarakat mengenai pembuangan yang bertanggung jawab, dapat semakin mengurangi jejak lingkungannya.

Akhirnya, seiring dengan semakin luasnya penggunaan teknologi Bio-FET, muncul kekhawatiran tentang keberlanjutannya yang perlu ditangani. Dengan menggabungkan bahan yang dapat terurai secara hayati, komponen yang dapat didaur ulang, dan metode produksi yang hemat energi, generasi Bio-FET berikutnya dapat menawarkan kemampuan biosensing berkinerja tinggi dengan dampak lingkungan yang minimal. Kolaborasi antara peneliti, pemangku kepentingan industri, dan pembuat kebijakan akan sangat penting bagi teknologi Bio-FET menuju masa depan yang berkelanjutan dan ramah lingkungan.

4.4 Skalabilitas dalam Fabrikasi
Skalabilitas fabrikasi Bio-FET dibatasi oleh proses manufaktur yang rumit dan mahal. Misalnya, teknik seperti CVD yang digunakan untuk graphene dan pengelupasan fase cair untuk MoS₂ merupakan hambatan untuk peningkatan skala yang wajar.Teknik-teknik ini pada dasarnya memerlukan kondisi lingkungan yang sangat terkontrol dan peralatan khusus untuk pemrosesan, sehingga sangat sulit dalam situasi yang layak secara ekonomi untuk persyaratan produksi yang tinggi. Masalah muncul sebagian besar karena mempertahankan integritas struktural dan sifat elektronik bahan selama proses fabrikasi ini menjadi sangat penting. CVD, misalnya, dapat merusak lapisan graphene jika pemantauan yang tepat tidak digunakan, sementara pengelupasan fase cair, meskipun berlaku, hanya menghasilkan hasil bahan monolayer yang lebih rendah dan ketidakkonsistenan dalam kualitas. Transisi dari fabrikasi skala lab ke skala komersial menjadi sepenuhnya mustahil karena semua masalah ini, sehingga membatasi ruang lingkup penerapan teknologi Bio-FET pada situasi nyata.

Dengan manufaktur rol-ke-rol dan pencetakan inkjet muncul sebagai teknik perintis, menunjukkan kemajuan dalam mengatasi tantangan skalabilitas pendekatan konvensional. Produksi berkelanjutan dari lapisan tipis seragam dilakukan melalui manufaktur rol-ke-rol; karenanya, manufaktur dengan hasil tinggi dengan harga lebih rendah dapat dicapai. Proses ini memiliki potensi besar untuk bekerja dengan substrat fleksibel yang menggabungkan material berbasis larutan.Alternatif lain yang menjanjikan adalah pencetakan inkjet, yang secara khusus memungkinkan pengendapan material dan pola dengan cara yang ditargetkan agar sesuai dengan aplikasi tertentu. Teknik ini meminimalkan limbah dan memberikan kontrol yang lebih baik atas sifat material. Dengan demikian, ini adalah metode yang layak untuk fabrikasi Bio-FET. Perkembangan terkini menunjukkan bahwa mengintegrasikan pencetakan inkjet mungkin memiliki kemampuan untuk secara signifikan merampingkan proses manufaktur perangkat Bio-FET dan mengurangi biaya produksi, sehingga memungkinkan aksesibilitas pengguna yang lebih besar terhadap teknologi Bio-FET yang berlaku dalam biosensing dan diagnostik.

Selain itu, penting untuk mengintegrasikan metode manufaktur yang dapat diskalakan dengan teknologi CMOS untuk membuka jalan bagi produksi massal Bio-FET. Teknologi CMOS adalah platform yang mapan secara industri untuk integrasi elektronik dalam industri semikonduktor. Upaya untuk menyelaraskan proses fabrikasi Bio-FET dengan metode yang kompatibel dengan CMOS masih berlangsung. Sinergi tersebut akan membawa banyak manfaat, seperti penurunan biaya produksi, peningkatan kinerja, dan beberapa kompatibilitas tambahan dengan sistem elektronik yang ada saat ini. Dengan pemanfaatan teknologi CMOS, Bio-FET dapat diproduksi pada kisaran harga yang menarik sambil memastikan bahwa mereka dapat dengan mudah terintegrasi dengan perangkat elektronik yang kompleks, seperti yang digunakan dalam aplikasi pemantauan dan diagnosis kesehatan. Integrasi ini selanjutnya menambah potensi untuk fungsionalitas yang lebih tinggi dan dengan demikian menetapkan jalan menuju platform biosensing canggih yang memberikan hasil dengan cara yang cepat dan andal. Penelitian dan Pengembangan Bio-FET Masa Depan terutama akan diringkas dalam menjawab tantangan yang ada. Arah Indikatif selalu berfokus pada adopsi pencetakan Roll-to-roll sebagai teknik manufaktur yang dapat diskalakan, pemberdayaan analitik data canggih dan AI yang mulus untuk memungkinkan pemrosesan sinyal yang lebih baik, dan sensor multipleks yang memungkinkan deteksi analit tunggal. Kustomisasi Bio-FET yang sesuai dengan aplikasi yang dapat dikenakan dan ditanamkan untuk mewujudkan pemantauan kesehatan berkelanjutan berpotensi untuk melakukan transformasi. Protokol untuk fabrikasi dan pengujian semakin mempercepat komersialisasi. Intinya, masa depan pengembangan Bio-FET hanya terletak pada konvergensi tantangan tingkat material dengan tantangan skalabilitas dan pemanfaatan teknik dan teknologi inovatif. Gambar 10 mengilustrasikan tantangan utama yang saat ini dihadapi Bio-FET dan arah masa depan terkaitnya secara ringkas. Arah ini membuka jalan bagi aplikasi yang dapat ditransformasikan dalam biosensing dan diagnostik menuju solusi yang efisien, andal, dan dapat diskalakan.

Menguraikan tantangan utama dan solusi yang diusulkan dalam pengembangan Bio-FET, termasuk peningkatan tingkat material, teknik fabrikasi yang dapat diskalakan, analisis berbasis AI untuk pemrosesan sinyal yang lebih baik, dan integrasi dengan sensor yang dapat dikenakan dan ditanamkan untuk pemantauan kesehatan berkelanjutan. Setiap segmen menyoroti potensi kemajuan untuk meningkatkan stabilitas perangkat, reproduktifitas, dan potensi komersialisasi.

4.5 Meminimalkan Efek Interferensi dari Sampel Biologi yang Kompleks
Bio-FET sangat rentan terhadap interferensi dari sampel biologis yang kompleks, yang menimbulkan keterbatasan utama pada aplikasinya. Interferensi ini mencakup fluktuasi pH, variasi kekuatan ionik, dan interaksi biomolekul nonspesifik, yang semuanya dapat memengaruhi akurasi dan keandalan pengukuran Bio-FET. Karena Bio-FET beroperasi dengan mendeteksi perubahan muatan permukaan, Bio-FET secara inheren sensitif terhadap gangguan ionik dan molekuler yang ada dalam cairan biologis. Pergeseran pH dapat mengubah respons perangkat secara signifikan, yang menyebabkan pergeseran sinyal dan pengukuran yang tidak akurat. Demikian pula, penyerapan protein dan biomolekul lain yang tidak spesifik menimbulkan gangguan yang tidak diinginkan, sehingga mengurangi spesifisitas dan selektivitas Bio-FET. Faktor-faktor ini secara kolektif menimbulkan keterbatasan substansial pada aplikasi praktis Bio-FET di lingkungan biologis yang kompleks. Untuk mengurangi efek interferensi ini, beberapa strategi dapat diterapkan. Menggabungkan membran selektif ion (ISM) membantu menyaring gangguan ionik yang tidak diinginkan, memastikan respons sensor yang stabil. Selain itu, konfigurasi Bio-FET gerbang ganda dengan elektroda referensi dapat mengimbangi fluktuasi sinyal yang disebabkan pH, sehingga meningkatkan akurasi pengukuran. Teknik pasivasi permukaan, seperti PEGylation dan pelapisan polimer zwitterionik, mencegah penyerapan nonspesifik, sehingga mempertahankan selektivitas sensor dalam biofluida kompleks seperti serum atau air liur. Peta jalan ini menyoroti integrasi fungsionalisasi material tingkat lanjut, teknik produksi yang dapat diskalakan, integrasi AI, dan kompatibilitas perangkat yang dapat dikenakan, yang menggarisbawahi potensi Bio-FET untuk memodernisasi diagnostik perawatan kesehatan. Dengan mengatasi tantangan ini dan mengejar arah masa depan yang diuraikan, para peneliti dan pemangku kepentingan industri dapat bekerja sama menuju komersialisasi dan adopsi teknologi Bio-FET yang sukses.

5 Ringkasan dan Kesimpulan
Bio-FET, jenis biosensor khusus yang menggabungkan ilmu biologi, ilmu material, dan elektronika, menawarkan solusi yang efisien untuk tantangan perawatan kesehatan. Berdasarkan material canggih bersama dengan teknik fungsionalisasi baru, perangkat ini telah meningkatkan standar sensitivitas, spesifisitas, dan deteksi waktu nyata. Awalnya menyelidiki diagnosis kanker dan memantau penyakit menular, Bio-FET mengusulkan aplikasi dalam keselamatan lingkungan, pertanian, dan banyak lagi yang masuk ke dalam tantangan yang dihadapi umat manusia. Nilai tambah dalam perangkat ini meliputi antarmuka IoT dan elektronika fleksibel, yang memperluas kegunaannya dalam diagnostik prediktif dan aplikasi perawatan kesehatan jarak jauh. Namun, stabilitas dan reproduktifitas jangka panjang, bersama dengan pemotongan biaya, masih menjadi beberapa pertanyaan yang belum terpecahkan mengenai kelayakan komersialnya di tahun mendatang. Tinjauan ini tidak hanya menangkap kemajuan luar biasa yang dibuat dalam teknologi Bio-FET tetapi juga menyiapkan panggung untuk kolaborasi interdisipliner yang dapat memungkinkan terobosan batas yang terkenal dalam biosensing untuk diikuti, yang mengarah ke masa depan yang lebih sehat dan berkelanjutan.