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湖南先進傳感與信息技術創新研究院取得高精度生物傳感器領域重要進展
發佈時間:2020年06月26日   閲讀:

6月26日,湖南先進傳感與信息技術創新研究院首屆碩士研究生梁玉琪與北京大學碳基電子學研究中心肖夢夢博士為共同第一作者,在《美國化學會·納米》在線發表研究成果《用於超靈敏無標籤疾病標誌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製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。

梁玉琪是研究院招收的第一批研究生,於2018年入校並加入其導師張志勇教授團隊,參與碳基場效應晶體管生物傳感器在疾病檢測方面的研究。梁玉琪和肖夢夢採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製備,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製備的一大難題。在此基礎上研製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複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台,並且有效的改善了生物傳感器的靈敏度和可重複性。

此傳感平台被用於篩查帕陶綜合徵的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,並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台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台在高度集成和多路複用的碳基集成傳感器系統中具有巨大潛力。

該工作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製備和生物學表徵,研究院院長、北京大學電子系教授彭練矛院士對研究方案提出和論文撰寫提供了指導,並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。

湖南先進傳感與信息技術創新研究院是在湖南省人民政府支持下,由北京大學和湘潭大學在2018年合作共建的新型產學研相結合的平台,合作開展重大基礎研究、前沿技術研發和相關產業培訓,推動國際一流學科建設和人才培養,旨在建設成為碳基納米電子器件和新型高端傳感器研究的國家創新中心和國內一流的技術產業推進中心。目前研究院以建設成為中南地區最先進,國內領先水平的微納器件加工實驗室,引進包括中科院院士、國家萬人領軍人才等一批高端技術人才,招收碩士博士生40餘名。研究院在碳基納米電子器件、柔性電子器件、新型傳感器研發和傳感器系統應用研究等方面均取得重要進展,並與一流企業積極開展產學研合作,將相關研究成果儘快推向市場。

文章鏈接://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c03523

(曹覺先)

(來源:湖南先進傳感與信息技術創新研究院)

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