[好文章,你推荐!]一篇文章开启科研之旅的大门

国家纳米科学中心杨龙推荐的文章:

文章信息

Graphene Transistor Arrays for Recording Action Potentials from Electrogenic Cells

+ DOI: 10.1002/adma.201102990

+ http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201102990/full

正文:

2012年我正式进入实验室,恰逢次年纳米中心成立10周年。Wiley要针对国家纳米科学中心成立十周年庆典发行一期特刊,导师受邀投稿。初入实验室的我承接了这项工作,因为导师认为写一篇综述文章对于新手来说意义重大,能够帮助我快速了解相关领域最新进展,进而开展自己的研究工作。导师给我定下这篇Research news的主题是新兴纳米器件及其电生理测量应用,结合课题组内主要研究对象是石墨烯场效应晶体管器件,我以”graphene transistor”、”biosensor”等作为关键词进行检索,很快在Advanced Materials 期刊上检索到了这篇文章”Graphene Transistor Arrays for Recording Action Potentials from Electrogenic Cells”。

这篇文章首次采用石墨烯场效应晶体管阵列传感器(graphene-based solution-gated field- effect transistors, G-SGFETs)实现了细胞外电生理信号的多通道测量,并且得到了与传统微电极阵列(microelectrode arrays, MEAs)性能相当的实验结果。文章首先利用化学气相沉积法得到的大面积石墨烯制备晶体管传感器阵列G-SGFETs,并对G-SGFETs电学性能进行表征。然后在G-SGFETs上进行HL-1细胞培养,并进行电生理信号的采集,见图1。最后文章对G-SGFETs电极噪声进行了分析,指出G-SGFETs信噪比与MEAs相当,优于相同工艺的Si电极,见图2。

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图1. (a)G-SGFETs上细胞钙离子成像光学图片。(b)8通道FET同时测量的信号结果(c)时间轴放大后结果(d)动作电位特征信号

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图2. 石墨烯有效栅极噪声(红星),Si有效栅极噪声(蓝块)

初次看到这篇文章就有一种似曾相识的感觉,接踵而来的是一种失落感。这不就是我想做的东西吗?可惜别人已经实现了。也许刚开始做实验的人都会遇到类似的情形,主要还是因为个人在相关领域的积淀太少,思考问题有局限性。随着阅读地深入,我很快发现作者在文章开头就已经提出了电生理传感器发展所面临的很多问题,总结如下:

  1. 传感器信噪比;
  2. 电极材料的生物兼容性;
  3. 长时间测量的稳定性;
  4. 生物组织复杂表面对柔性传感器的需求。

文章末尾,作者指出G-SGFETs具有较好的信噪比和生物稳定性,考虑到石墨烯本身具有良好的机械性能,所以对于制备石墨烯柔性生物传感器具有指导意义。也就是说石墨烯这种新材料的出现为综合解决电生理传感器发展瓶颈问题提供了突破口。这让我重新燃起了希望。

在几个月时间内,以这篇文章为突破口,通过发掘它的参考文献顺蔓摸瓜,我逐步拉开了电生理测量领域的帷幕。随着对这个领域的广泛了解、深入挖掘,我最终完成关于 ”Nanodevices for Cellular Interfaces and Electrophysiological Recording” 的综述文章。

随后几年,我与其他同学合作,结合新兴碳材料本身优良的电学和机械性能制备出柔性全碳生物传感器,并在Advanced Materials上发表文章”Carbon Nanotube Network Embroidered Graphene Films for Monolithic All-Carbon Electronics”。 可以说,这篇文章为我开启了科研之旅的大门,让我走上了研究基于石墨烯晶体管生物传感器的道路。

推荐理由:

  1. 这篇文章内容简洁、实验明了、逻辑清晰,对于科研新手来说是不可多得的好文章。
  2. 阅读这篇文章,我的心理活动是有起伏的。从初读发现冰山一角的兴奋,到回味若有所失的怅然,再到深入阅读进而开启神奇之旅大门的喜悦。这种心路历程见证了我作为科研新人的成长。
  3. 虽然经过几年的实验积累,回头再看这篇文章,会觉得实验结果并不是很漂亮,但是作为石墨烯阵列传感器在电生理领域应用的第一篇文章,作者清晰地指出石墨烯晶体管作为生物传感器的优势所在,并且明确指出石墨烯生物传感器未来的发展方向——柔性生物传感器。这对我后来的实验设计具有很大的指导意义。