硅纳米线是半导体生物传感器的重要材料。硅纳米线作为一类重要的一维半导体纳米材料, 其自身特有的荧光、紫外等光学特性，场发射、电子输运等电学特性，热传导、高表面活性和量子限制效应等特性使其在高性能场效应晶体管、单电子探测器和场发射显示器件等纳米器件方面具有很好的应用前景。
近几年，研究者以硅纳米线为主要构造单元，制备出了硅纳米线场效应晶体管，在细胞、葡萄糖、过氧化氢、牛血清蛋白和DNA 等生物分子检测领域中表现出非常快的响应速度、高的检测灵敏度和很好的检测选择性，为检测高灵敏度、微型化纳米电子生物传感器的开发提供了基础。例如，Cui 等利用硅纳米线制备了如图1 所示的硅纳米线生物晶体管，并实现了对蛋白质分子的检测。在器件的制备过程中，首先使用生物活性分子对硅纳米线进行功能化修饰，然后通过生物活性分子——链霉亲和素与相应配体−受体之间相互作用的特性将其连接到硅纳米线表面，通过配体和受体相互作用过程中对器件电性能的影响实现对被测分子的检测。
检测结果表明：在实验pH 下，随着链霉亲和素的加入，表面带有负电荷的链霉亲和素与p 型掺杂的硅纳米线结合后形成静电场(electrostatic gating)效应，致使电流呈现逐渐增加的趋势；而且，检测结果还表明，生物活性分子修饰的硅纳米线传感器对链霉亲和素的检测灵敏度至少可达到10pM，远超越了纳米级别的检测范围。另外，生物活性分子修饰的硅纳米线生物传感器对单克隆抗生物素的抗原——抗体也表现出非常好的检测特异性。然而，由于单克隆的生物活性分子表面带有负电荷，其电导率随着抗体的加入而呈现逐渐减小的趋势。研究人员采用未经任何修饰的硅纳米线器件对单克隆抗生物素、表面修饰的硅纳米线电子器件对免疫球蛋白G 进行检测特异性分析也证明硅纳米线电子器件具有良好的检测特异性。
在癌症患者的体内，必定会存在某种特殊的抗原和抗体，如果可以在早期诊断出癌变细胞的存在，那么便多一分希望来挽救生命。例如，在乳腺癌患者的体内，血管内皮生长因子的表达与P53 蛋白的表达存在一定的关系，根据这一原理，Lee研究组以抗血管内皮生长因子作为识别敏感元件，分别将其固定在n 型和p 型硅纳米线场效应晶体管表面，而将血管内皮生长因子作为待检测物质，制备了具有高检测灵敏度的硅纳米线生物传感器，得到了检测灵敏度分别为1.04 nM (图2(a))和104 pM(图2(b))的硅纳米线实时检测生物传感器。
为了实现硅纳米线场效应晶体管对多种被测物质同时检测、提高检测效率的目的，可以通过对硅纳米线电子器件多个并列排布的检测沟道进行不同的功能化修饰，制备多功能化的硅纳米线场效应晶体管生物传感器。例如，Zheng 等将硅纳米线传感器用不同抗体修饰后实现对不同癌症蛋白标记物的高选择性和高灵敏度(费米浓度级别)电子检测，其器件结构如图2所示。图2下图中，黑色的横线代表硅纳米线，浅灰色部分代表金属电极。图3描述了针对前列腺异性抗原、癌胚抗原以及粘蛋白-1 的检测，分别采用相应的单克隆抗体对器件的硅纳米线进行相应的功能化修饰，从而实现对三种癌症标记蛋白同时检测目的的示意图，检测结果表明，不同的硅纳米线分别能够对相应的被测物产生相应的电导率变化，从而验证了硅纳米线生物传感器阵列能够同时实现多目标检测的优势。为了确定硅纳米线生物传感器件可以作为癌症诊断工具，研究者还成功地实现了对癌细胞中端粒酶活性的检测。
通常，为了尽可能提高生物传感器的检测性能，研究者还将多种检测技术结合起来，以期达到最佳的检测结果。而微流控技术与场效应晶体管结合是实现检测样品的预分离、减少进样量、加快分析速度、提高生物分子检测过程中的在线控制和自动化过程的一种最佳选择。例如，Wang 等将半导体检测技术和微流控技术相结合并用于识别生物体内能够抑制腺苷三磷酸(ATP)与酪氨酸激酶结合的小分子抑制剂。检测过程中，采用酪氨酸激酶功能化修饰的硅纳米线作为微流控沟道，随着ATP 浓度的升高，器件的电导值会逐渐变大；相反，没有经过功能化修饰的硅纳米线电子器件无论ATP 的含量多高，其电导率依旧保持一致，说明ATP 与酪氨酸激酶之间的结合能够显著增加电导。然而，当功能化电子器件中加入小分子抑制剂Gleevec/STI-571 时，随着小分子抑制剂浓度的增加，器件的电导率降低。这一现象充分说明了抑制剂能够成功地抑制ATP 与酪氨酸激酶之间的结合，从而达到抑制剂检测识别的目的。
除蛋白质外，DNA 分子也是生物医学中常用的基因致病检测物质。DNA 传感器是一种能将目标DNA 的存在转变为可检测电信号的传感装置，它由两部分组成：一部分是识别元件，即DNA 探针或其他核酸探针；另一部分是换能器，在换能器上固定一条已知序列结构的DNA 探针，利用DNA 互补链能够杂化的特点，使探针DNA 与含有互补序列的被测DNA 分子进行杂化，杂化后通过电、光、声等的信号转换实现对目标DNA 的灵敏检测。囊性纤维变性是欧洲地区最致命的遗传疾病之一，而这种疾病主要是由于基因中缺失了三个碱基——CTT，从而导致第508 个密码子丢失而患病，CTT 碱基的存在或遗失是确定该疾病的一个重要依据。2004 年，Hahm 和Lieber将肽核酸功能化的p 型硅纳米线场效应晶体管与微流控技术相结合，期望硅纳米线电子器件能够从囊性纤维跨膜蛋白基因中分辨出突变碱基。当加入60fM 未突变DNA 序列时，器件电导值会因p 型硅纳米线与带有负电荷的DNA序列结合时产生的静电效应而迅速增加；而对于突变的DNA 序列，电导值也表现出增大的趋势，但增加比例远滞后于未突变的DNA 引起的电导率的变化，从而达到区分突变DNA 分子链的目的。此外，研究者还利用不同生物分子与硅纳米线表面的基团相互作用，对硅纳米线表面进行功能化修饰后研究了其对DNA 的电子识别性能。例如，Gao 等用n 型硅纳米线制备出非标记性的DNA 生物传感器阵列，通过与硅纳米线表面的羰基结合功能化修饰后，根据DNA 分子的杂交对硅纳米线表面的电荷密度变化而引起电学性质发生变化实现对DNA 的检测，其检测极限可以达到10fM。
硅纳米线场效应晶体管传感器在生物分子检测领域中还有许多其他的应用。例如，肌肉收缩、蛋白质分泌以及细胞生长和死亡等生命活动均与生物体内的金属离子(Ca2+、Na+等) 的浓度有关。因此，以Cui 等为代表的研究者又成功地利用功能化的硅纳米线传感器实现对生物体内金属离子浓度的检测，从而实现了对细胞等生命活动过程的监测。
虽然硅纳米线场效应晶体管在生物分子检测领域有很高的检测灵敏度和响应速度，但是由于硅纳米线尺寸小、制备过程复杂、表面容易被氧化、器件加工困难且其电子迁移率低，难以实现产业化，且硅纳米线电子器件在生物分子检测过程中需要对硅表面进行功能化修饰，大大增加了检测的复杂程度。所以，开发高性能、制备过程简单的新材料场效应晶体管生物传感器一直是人们的研究目标。