Advanced Functional Materials:基于石墨烯-Nafion复合薄膜的柔性可再生生物传感器

石墨烯由于其优异的电学性能和对分子敏感的特性被广泛应用于生化传感器中。基于石墨烯场效应晶体管的生物传感器是通过在石墨烯表面修饰的适配体与目标分子结合时引起的电导变化进行传感。由于极高的灵敏度和检测多样性,石墨烯生物传感器在个人健康监控仪器,医疗检测设备,可穿戴和植入式检测器件等应用领域展现出巨大的潜力,受到了广泛关注。然而,由于目标分子所处的检测环境复杂,大量非目标分子对传感信号的干扰以及溶液中离子产生的德拜屏蔽作用,使得石墨烯生物传感器在人体真实体液中的原位传感仍是亟待解决的问题。

哈尔滨工业大学机电工程学院潘昀路教授和郝壮博士研究团队针对这一问题进行了深入而细致的研究,提出了一种基于石墨烯-Nafion复合薄膜的柔性可再生生物传感器,该柔性纳米传感器可实现在不稀释的真实人体汗液中对“炎症风暴”标志物进行准确检测。他们通过使用石墨烯-Nafion复合薄膜作为场效应晶体管的导电通道,极大的抑制了石墨烯表面非特异性吸附对传感信号产生的干扰,并采用分子量较小的DNA适配体作为探针,减弱了德拜屏蔽作用。测试表明,该柔性纳米传感器可紧密贴合在人体的各个部位,并同时实现在未稀释的人工汗液和真实人体汗液中对“炎症风暴”标志物IFN-γ进行快速准确的检测,检测范围为0.015 to 250 nM,检测极限为740 fM。由于石墨烯-Nafion复合薄膜的独特性质,纳米传感器同时还具有可再生的特性,在经过80次再生循环后,机械,电气性能和传感信号仍可保持与初次使用时极高的一致性。

该研究中所设计制造的基于石墨烯-Nafion复合薄膜的柔性传感器不但可以作为一种普适的方法,在改善其他纳米材料传感器检测性能方面得到广泛的研究,而且有望促进纳米传感器在个人医疗健康领域的进一步发展。相关工作在线发表在Adv. Funct. Mater.(DOI:10.1002/adfm.202005958)上。