检测生物分子的方法的发展或许对于基因组学与药物发现等方面具有非常重要的意义。近些年，许多重大技术的发展通过采用低成本半导体制造技术—例如CMOS技术—而成为现实，尤其是在生物传感器领域。

近来，Frans Widdershoven及其同事在《自然纳米科技》杂志上刊发的文章中介绍了一种新方法，该方法使用了CMOS电子技术和高频电化学阻抗光谱学。检测液体中的生物分子的方法主要由两类：电化学阻抗谱(EIS)和离子敏感场效应晶体管(ISFET)。在EIS方法中，通常使用的是微电极结构或平面圆盘电极，可以检测传感器结构的阻抗效应。为了提取和解释其中的响应，传感器按照电气等效电路建模，包括的一些通用元素，例如电阻器，电容器和电感器等。在EIS中常用的方法是以金属电极中的电子传递为基础的，在低频条件下也可以记录相对较大的电流。在EIS测试中，阻抗的变化可以通过阻抗响应的实部和虚部反应。然而，当传感器结构是小型化高密度集成时，非常微小的电流可通过扩展电缆和配线测量。因此，电极小型化和单位面积的传感器密度则是一定的，这也是技术局限。在ISFET中，电位输出是经常用到的，这是因为带有电荷的生物分子与传感器表面的结合会改变表面电势。这样也会使得阈值电压和发生位移，并因此而改变晶体管通道中的电流。这种传感器类型有望实现小型化。然而，基于场效应的器件的性能受限于德拜屏蔽。为了规避这个问题，研究人员选择在稀释的缓冲液与低浓度的离子溶液中进行操作。然而对于实际的应用来说，生物传感器需要在生理缓冲溶液中进行测试。

在这种条件下，基于电荷的相互作用的使用范围就非常有限，且电势在数纳米以后就会明显退化。不仅如此，传感器表面的电荷变化也非常敏感。所有的这些影响可以通过一个简洁的模型来获得，即泊松-玻尔兹曼理论关于固体/液体界面的应用。由于这些限制，最近在生物电子学方面的发展主要集中于开发ISFET型响应装置，pH传感器。结合之前的科学基础，同时引入现代CMOS技术后，用于检测DNA序列的装置已经被开发出来，并且部分实现了商业化。Widdershoven及其同事则开发了一种新型高频感应方法，和电化学阻抗法相似，但是其与CMOS技术相结合，且可以达到纳米级别。微型金电容器可以在高频条件下进行充放电，因此对于直流电并不敏感。因此传感器效应则选择以小型金电容器充放电能力为基础。纳米电极阵列可以在50 MHz的条件下进行充放电。这种高频操作技术可以规避传统的德拜极限，且可以在盐溶液中探测得更深。它们也可以进一步加深对高频传感的理解。

这种方法以电容变化为依据进行传感，且涉及到了样品介电常数的变化，因此或许应该被称为电介质、电化学阻抗传感。生物电子学的未来以装置纳米集成、小型化为基础。Widdershoven及其同事的研究工作为该方向提供了一种新的途径，同时高频传感也可以超越德拜极限的限制，从而为生物传感领域具有明显的影响。

新材料在线编译整理——翻译：杨超    校正：摩天轮