Small Methods: 纳米线晶体管生物传感器的研究进展

在过去二十年中,纳米技术的迅速发展为医学诊断,药物发现,能量转换等提供了新的机遇。在众多的纳米材料中,一维纳米材料集成至新型功能化电子器件(如场效应晶体管)已展现出了其优于现有常规技术的优越性。由于其比表面积大,半导体纳米线表面电荷的微小变化,在电场效应下可导致电输出信号的剧烈响应。此外,纳米线的纳米尺度与生物分子相当,二者之间具有良好的兼容性。因此,一维纳米线晶体管器件为生物传感和纳米电子装配提供了一个优越的平台。

硅纳米线作为一种新型的半导体纳米材料,在器件设计制造方面表现出显著优势,特别是结合硅工业可实现其大规模低成本制造。同时,硅纳米线可以实现各种生物受体(例如肽核酸、适配体和抗体等)的表面直接修饰,用于生物目标物或者细胞的特异性识别。因而,硅纳米线晶体管生物传感器收到了广泛关注和科研投入,目前已在生物医学方面取得了重大进展。

上海工程技术大学的鲁娜研究员和中国科学院上海应用物理研究所的樊春海研究员等总结了近年来硅纳米线晶体管传感器在生物分析和生命科学应用方面的最新研究进展。该综述文章首先介绍了硅纳米线晶体管生物传感器的工作原理、硅纳米线的多种制备技术、以及硅纳米线的表面生物修饰技术。其次,重点讨论了硅纳米线传感器在生物分析和生命科学中的研究进展。生物分析应用包括对核酸、疾病标志物、神经递质以及病毒粒子等生物目标物的高灵敏、特异性、无标记实时检测,以及高离子强度生理溶液中疾病标志物的检测方法。生命科学应用讨论了三维纳米场效应晶体管生物探针用于监测培养细胞的细胞外、细胞内以及组织等活体生物系统的电生理学记录。作者还讨论了目前硅纳米线晶体管传感器在实际临床诊断和生命科学研究中面临的挑战和困难,并针对这些问题的解决方案和发展方向进行了探讨和展望。相关文章发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201700263, “Advances in Nanowire Transistor-Based Biosensors”)。