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研究人员综述了电解门控碳纳米管场效应晶体管生物传感器的科学进展，该传感器具有优越的电子特性和本征信号放大特性，能够以高灵敏度检测各种生物分子。它们的主要组成部分之一是生物识别元件，它可以选择性地识别感兴趣的分析物。生物转导装置将生物识别元件和分析物之间的相互作用转化为可测量的信号。 对灵敏和选择性电子生物传感器——实时监测感兴趣目标的分析设备——的需求正在增长。它们是临床环境中的医疗保健、药物发现、食品安全和质量控制以及环境监测的理想选择。 电子生物传感器因其简单、分析时间短、制造成本低、样品制备成本低以及未经培训的人员可以在现场使用的潜力而备受青睐。 由于碳纳米管具有独特的电性能、纳米尺寸、生物相容性和简单的低成本加工性，是一种用于生物转导装置的有前途的半导体材料。 近日，在AIP出版的Applied Physics Reviews 中，博曾-博尔扎诺自由大学和苏黎世联邦理工学院的研究人员综述了电解门控碳纳米管场效应晶体管(EG-CNTFET）生物传感器的科学进展。这些设备具有优异的电子性能和本征信号放大特性，能够以高灵敏度检测各种生物分子。 文献内容 这项工作对基于电解质门控碳纳米管场效应晶体管的生物传感器进行了全面而重要的审查。首先，介绍了这些生物传感设备。接下来，介绍设备配置和工作原理，审查最常用的材料和工艺，特别关注作为活性材料的碳纳米管。随后，批判性地分析了文献中报道的基于酶、抗体、适体和离子选择性膜的不同功能化策略。最后，调查了该领域目前面临的问题和挑战，得出结论，并提供了对生物传感技术领域的总体展望。  （DOI:10.1063/5.0058591） “在可用于基于 FET 的生物传感器的所有可能材料中，半导体碳纳米管很有潜力，因为它们具有良好的电学和化学性质。” 生物传感器的主要组成部分之一是其生物识别元件，例如酶、抗体、适体或离子选择性膜，它们选择性地识别感兴趣的分析物（一种化学物质被测量和识别的物质）。生物转导装置将生物识别元件和分析物之间的相互作用转换成可测量的信号，例如电信号。 “使用场效应晶体管（FET）作为生物转导元件的生物传感器是生物传感应用中最有前途的设备之一，因为它们已经证明了对几种分析物的高灵敏度，低到皮摩尔浓度。”来自 Bozen-Bolzano 自由大学的 Mattia Petrelli 说。 迄今为止，最广泛使用的 FET 技术由所谓的金属氧化物半导体 FET (MOSFET) 构成，其中栅极触点通过薄二氧化硅 ( SiO2 ) 层与硅 ( Si ) 半导体沟道绝缘。基于 FET 的生物传感器可以使用不同的设备配置来实现，例如所谓的背栅 (BG-FET)，双门控 (DG-FET)，或电解质门控 FET (EG-FET)。其中，EG-FET，通过用固体聚合物等电解质代替SiO2绝缘体来修改典型的 FET 结构，离子凝胶或水基电解质是广泛采用的生物传感 FET 配置。其中，水基电解质是最常用的，因为大多数生物分析物都可以在水基环境中找到。MOSFET 技术在大面积和低成本可扩展性以及对低温柔性、可拉伸和生物相容性基板的适用性方面的局限性导致人们寻找替代半导体，例如非晶金属氧化物 (AMO)，有机材料和一维 (1D) 或二维 (2D) 纳米材料，例如碳纳米管 (CNT) 或石墨烯。 在这些可能的材料中，半导体碳纳米管由于其与电性能相关的潜在优势(例如，单个碳纳米管的载流子迁移率相对较大，高达2500 cm2 V−1 s−1)，纳米尺寸，与目标分析物的生物相容性，以及允许CNTs不显眼地集成到几乎任何类型的衬底(例如，柔性聚合物箔)的溶液加工能力。CNTs具有独特的几何形状，包括一维纳米尺寸(可与典型的靶向生物分子相媲美)，其中质量主要集中在表面。因此，CNTs不仅为生物识别元件的固定提供了较大的表面积，而且还提供了表面电荷转移，而这种表面电荷转移会受到周围环境微小变化的高度影响。这些独特的特性使得基于碳纳米管的生物传感器对pM浓度非常敏感。从这个角度来看，碳纳米管对于实现EG-CNTFET具有特别的吸引力。这就是为什么在过去的十年中，EG-CNTFET 的多种应用被证明，包括检测神经递质(如多巴胺和谷氨酸)，癌症生物标志物(如BT474和MCF7乳腺癌细胞)，实时监测生物分子和多离子传感器阵列的实现(例如，H+、Na+、K+、𝐶𝑎2+、Cl−和𝑁𝑂−3)。此外，基于EG-CNTFET 的柔性和机械可弯曲生物传感器现在也成为可能，这为生物医学诊断、可穿戴传感器和植入式设备铺平了道路。 “我们可以设想在不久的将来将这些生物传感器用于各种应用” 通过将这些具有不同生物识别元件的生物传感器组织起来，“可以实现对不同分析物的选择性检测，例如生物分子、癌症生物标志物、细菌和离子等，”Petrelli 说。“尽管有报告表明这些生物传感器具有转化为实际应用的潜力，但在它们投入市场之前必须克服挑战。” 基于 EG-CNTFET 的生物传感器目前一次只能检测一种分析物。复杂介质（如血液、汗液或唾液）中的不同界面也使特定信号的检测具有挑战性。 “这限制了这些生物传感器在现实生活中的适用性，”Petrelli 说。“应该针对所有可能的干扰因素仔细评估设备的选择性，尤其是在复杂的检测环境中。一旦这些挑战得到解决，我们可以设想在不久的将来将这些生物传感器用于各种应用。” 几种传感器示例  基于 EG-CNTFET 的酶促生物传感器的示例  基于 EG-CNTFET 的免疫传感器示例  基于 EG-CNTFET 的适体传感器示例  基于 EG-CNTFET 的离子选择性膜传感器示例 文献信息：  https:///10.1063/5.0058591 部分参 部分参考来源：sciencedaily.com |
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