近日，湖南先进传感与信息技术创新研究院张志勇教授、陈巧舒博士团队在碳基生物传感平台的构建上取得重要进展，在国际顶级期刊《ACS Nano》(一区Top期刊，影响因子15.8)上发表论文《球形核酸功能化浮栅型碳纳米管场效应晶体管传感器实现阿摩尔级分析物检测》（Spherical Nucleic Acids Probes on Floating-Gate Field-effect Transistor Biosensors for Attomolar-Level Analyte Detection），并被选为该刊封面文章。研究院2021级硕士研究生王浩然、解放军疾病控制与预防中心副研究员谢靖为共同第一作者，研究院陈巧舒博士、张志勇教授为文章共同通讯作者。
场效应晶体管（FET）传感器因其具有免标记、超高灵敏度、微型化、低功耗和可规模生产的特性，在众多传感器中具有突出优势。其中浮栅型碳纳米场效应晶体管(FG CNT-FET)因其明确的信号调控机制并将碳纳米管沟道材料与复杂环境隔离。因此可以显著提高传感器的响应及可重复性，可作为多功能平台用于不同目标物如生物分子、气体及光电等的检测。
尽管FG-CNT FET生物传感器具有巨大的潜力，但利用其进行生物分子检测仍存在挑战，即介电层上缺乏用于锚定生物探针的功能位点。研究团队提出了一种简单、温和且通用的方法，利用DNA功能化金颗粒(球形核酸, SNAs)与晶体管栅介质层的强多价相互作用和SNA本身的三维结构，实现在浮栅型FET传感器上温和、高效的探针修饰，其结合力媲美共价修饰（图1）。同时得益于浮栅型碳纳米管传感器件的高效响应机制，经SNAs功能化的传感器可实现低至阿摩尔的目标物检测，仅需修改SNAs上的DNA序列，即可实现对不同类型标志物的精准检测。
图1. SNA在晶体管栅介质层上的修饰及SNA传感器件对不同目标物的检测。
在病毒临床样本检测中（图2），SNAs修饰传感器可在100秒内实现对未扩增的肠道病毒71型RNA的检测，检测下限低至0.13拷贝/微升，对阳、阴性样本的区分准确性可达100%。因此该研究提供了一种通用且简单的方法用于功能化FET的生化传感器，并证明了SNAs修饰的FG-FET生物传感器可作为多功能且可靠的集成传感平台，用于超灵敏的生物标志物检测。
图2. SNA修饰传感器件对临床样本中未扩增的肠道病毒71型实现高灵敏检测。
湖南先进传感与信息技术创新研究院科研团队聚焦碳基集成电路和新型传感器为代表的新一代信息技术领域，在唐氏综合症筛查、肝癌检测、无创血糖监测等生物传感和甲烷、氢气、甲醛等气体传感器件及其相关技术方面取得重要成果，并已研制全球首条碳基传感芯片示范线，推进相关核心技术产业化。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c14053
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