湘潭大學聯合北京大學開發出高精度碳基生物傳感器

6月26日，湘潭大學湖南先進傳感與信息技術創新研究院張志勇教授團隊和北京大學碳基電子學研究中心合作在納米研究領域國際著名雜志美國化學會·納米(《ACS Nano》，1區，IF影響因子：13.709)在線發表研究成果《用于超靈敏無標簽疾病標志物探測的晶圓級均一碳納米管晶體管》(Wafer-Scale Uniform Carbon Nanotube Transistors for Ultrasensitive and Label-Free Detection of Disease Biomarkers)。

這項研究成果在實驗上展示出浮柵型碳基場效應晶體管(Floating Gate-Carbon nanotube-Field-Effect Transistor (FG-CNT-FET))器件與生物傳感相結合的性能優勢，實現了碳基生物傳感器的規模化制備和高靈敏度的性能統一，為推進碳基傳感器的集成化，實用化奠定了基礎。

張志勇教授團隊此前采用聚合物篩選出的超高純度半導體碳納米管制備的網絡狀薄膜，實現了碳納米管場效應晶體管的晶圓級規模制備，器件成品率達100%，解決了制約碳納米管場效應晶體管生物傳感器批量制備的一大難題。在此基礎上該團隊研制一種頂柵為氧化釔絕緣層的浮柵式碳納米管場效應晶體管生物傳感器，介質層的存在避免了碳納米管與生物分子之間直接的復雜的相互作用帶來的負面影響，同時為器件功能化提供了一個通用平臺，并且有效的改善了生物傳感器的靈敏度和可重復性。

此傳感平臺被用于篩查帕陶綜合征的DNA片段和肝癌細胞囊泡的檢測，在不同傳感器之間均展現出良好的均一性，穩定性和線性度，并可實現理論檢測下限分別低至60 aM和 6 particles/mL，展示出了碳基生物傳感平臺在核酸和生物結構直接檢測方面的應用前景。此外，該生物傳感器在4英寸晶片上表現出的高度均一性以及優越的穩定性。結合碳納米管的集成電路最新進展，在此開發的生物傳感器平臺在高度集成和多路復用的碳基集成傳感器系統中具有巨大潛力。

據悉，該研究工作還得到了湖北中醫藥大學張國軍教授團隊提供的肝癌囊泡的制備和生物學表征，研究院院長、北京大學電子系彭練矛(院士、教授)對研究方案提出和論文撰寫提供了指導，并得到了湖南省科技廳重大項目、國家重點研發計劃和國家自然科學基金等項目的支持。