近日，湖南先進(jìn)傳感與信息技術(shù)創(chuàng)新研究院張志勇教授、陳巧舒博士團(tuán)隊(duì)在碳基生物傳感平臺(tái)的構(gòu)建上取得重要進(jìn)展，在國(guó)際頂級(jí)期刊《ACS Nano》(一區(qū)Top期刊，影響因子15.8)上發(fā)表論文《球形核酸功能化浮柵型碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳感器實(shí)現(xiàn)阿摩爾級(jí)分析物檢測(cè)》（Spherical Nucleic Acids Probes on Floating-Gate Field-effect Transistor Biosensors for Attomolar-Level Analyte Detection），并被選為該刊封面文章。研究院2021級(jí)碩士研究生王浩然、解放軍疾病控制與預(yù)防中心副研究員謝靖為共同第一作者，研究院陳巧舒博士、張志勇教授為文章共同通訊作者。

場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）傳感器因其具有免標(biāo)記、超高靈敏度、微型化、低功耗和可規(guī)模生產(chǎn)的特性，在眾多傳感器中具有突出優(yōu)勢(shì)。其中浮柵型碳納米場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FG CNT-FET)因其明確的信號(hào)調(diào)控機(jī)制并將碳納米管溝道材料與復(fù)雜環(huán)境隔離。因此可以顯著提高傳感器的響應(yīng)及可重復(fù)性，可作為多功能平臺(tái)用于不同目標(biāo)物如生物分子、氣體及光電等的檢測(cè)。

盡管FG-CNT FET生物傳感器具有巨大的潛力，但利用其進(jìn)行生物分子檢測(cè)仍存在挑戰(zhàn)，即介電層上缺乏用于錨定生物探針的功能位點(diǎn)。研究團(tuán)隊(duì)提出了一種簡(jiǎn)單、溫和且通用的方法，利用DNA功能化金顆粒(球形核酸, SNAs)與晶體管柵介質(zhì)層的強(qiáng)多價(jià)相互作用和SNA本身的三維結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在浮柵型FET傳感器上溫和、高效的探針修飾，其結(jié)合力媲美共價(jià)修飾（圖1）。同時(shí)得益于浮柵型碳納米管傳感器件的高效響應(yīng)機(jī)制，經(jīng)SNAs功能化的傳感器可實(shí)現(xiàn)低至阿摩爾的目標(biāo)物檢測(cè)，僅需修改SNAs上的DNA序列，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型標(biāo)志物的精準(zhǔn)檢測(cè)。

圖1. SNA在晶體管柵介質(zhì)層上的修飾及SNA傳感器件對(duì)不同目標(biāo)物的檢測(cè)。

在病毒臨床樣本檢測(cè)中（圖2），SNAs修飾傳感器可在100秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)未擴(kuò)增的腸道病毒71型RNA的檢測(cè)，檢測(cè)下限低至0.13拷貝/微升，對(duì)陽、陰性樣本的區(qū)分準(zhǔn)確性可達(dá)100%。因此該研究提供了一種通用且簡(jiǎn)單的方法用于功能化FET的生化傳感器，并證明了SNAs修飾的FG-FET生物傳感器可作為多功能且可靠的集成傳感平臺(tái)，用于超靈敏的生物標(biāo)志物檢測(cè)。

圖2. SNA修飾傳感器件對(duì)臨床樣本中未擴(kuò)增的腸道病毒71型實(shí)現(xiàn)高靈敏檢測(cè)。

湖南先進(jìn)傳感與信息技術(shù)創(chuàng)新研究院科研團(tuán)隊(duì)聚焦碳基集成電路和新型傳感器為代表的新一代信息技術(shù)領(lǐng)域，在唐氏綜合癥篩查、肝癌檢測(cè)、無創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)等生物傳感和甲烷、氫氣、甲醛等氣體傳感器件及其相關(guān)技術(shù)方面取得重要成果，并已研制全球首條碳基傳感芯片示范線，推進(jìn)相關(guān)核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。

文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c14053