石墨烯由于其優(yōu)異的電學(xué)性能和對(duì)分子敏感的特性被廣泛應(yīng)用于生化傳感器中。石墨烯生物傳感器在個(gè)人健康，醫(yī)療檢測(cè)設(shè)備，可穿戴和植入式檢測(cè)器件等應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。然而，由于目標(biāo)分子所處的檢測(cè)環(huán)境復(fù)雜，大量非目標(biāo)分子對(duì)傳感信號(hào)的干擾，實(shí)現(xiàn)石墨烯生物傳感器在人體真實(shí)體液中的原位傳感仍是亟待解決的問(wèn)題。
針對(duì)這些問(wèn)題，哈爾濱工業(yè)大學(xué)潘昀路教授課題組近日在《Adv. Funct. Mater.》上發(fā)表題為“A Flexible and Regenerative AptamericGraphene-Nafion Biosensor for Cytokine Storm Biomarker Monitoring in Undiluted Biofluids toward Wearable Applications”的文章
提出了一種基于石墨烯-Nafion復(fù)合薄膜的柔性可再生生物傳感器，該柔性納米傳感器可實(shí)現(xiàn)在不稀釋的真實(shí)人體汗液中對(duì)“炎癥風(fēng)暴”標(biāo)志物進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)（圖1）。他們通過(guò)使用石墨烯-Nafion復(fù)合薄膜作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)電通道，極大的抑制了石墨烯表面非特異性吸附對(duì)傳感信號(hào)產(chǎn)生的干擾，并采用分子量較小的DNA適配體作為探針，減弱了德拜屏蔽作用。
圖1 石墨烯-Nafion復(fù)合薄膜生物傳感器
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，石墨烯-Nafion生物傳感器可并實(shí)現(xiàn)在未稀釋的人工汗液和真實(shí)人體汗液中對(duì)“炎癥風(fēng)暴”標(biāo)志物IFN-γ進(jìn)行快速準(zhǔn)確的檢測(cè)，檢測(cè)范圍為0.015 to 250 nM，檢測(cè)極限為740 fM（圖2）。
圖2 人類(lèi)汗液中生物標(biāo)志物檢測(cè)
由于石墨烯-Nafion復(fù)合薄膜的獨(dú)特性質(zhì)，納米傳感器同時(shí)還具有可再生以及耐久性，在經(jīng)過(guò)80次再生循環(huán)或100次褶皺測(cè)試后，機(jī)械，電氣性能和傳感信號(hào)仍可保持與初次使用時(shí)極高的一致性。同時(shí)，該柔性納米傳感器可與人體的皮膚表面緊密貼合，從而實(shí)現(xiàn)可穿戴功能。圖3展示了柔性傳感器在假手上對(duì)IFN-γ的檢測(cè)結(jié)果，與在硅片上的測(cè)量結(jié)果保持高度的一致。
圖3 柔性石墨烯-Nafion復(fù)合薄膜生物傳感器
該研究中所設(shè)計(jì)制造的基于石墨烯-Nafion復(fù)合薄膜的柔性傳感器不但可以作為一種普適的方法，在改善其他納米材料傳感器檢測(cè)性能方面得到廣泛的研究，而且有望促進(jìn)納米傳感器在個(gè)人醫(yī)療健康領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。
論文的第一作者為哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士生王子然，哈爾濱工業(yè)大學(xué)潘昀路教授和郝壯博士后為共同通訊作者。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的大力支持。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202005958
