各種電子器件一直顯示出作為生物傳感器的潛力。近年來，人們對用于葡萄糖傳感的先進技術(shù)進行了廣泛的研究，例如光學(xué)傳感、電化學(xué)傳感和微波傳感。這些技術(shù)已經(jīng)越來越多地用于監(jiān)測糖尿病患者，但是它們存在著靈敏度低、不穩(wěn)定和制造工藝復(fù)雜等缺點。電子技術(shù)可以幫助解決幾乎所有提到的問題。
據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，設(shè)拉子科技大學(xué)（Shiraz University of Technology）報道了一種基于場效應(yīng)晶體管（FET）的高靈敏度柔性葡萄糖傳感器。結(jié)果表明，所開發(fā)的柔性晶體管可以用作新型無酶血糖測試條。合成的納米結(jié)構(gòu)空心微球（rGO/CuO-NHS）沉積在叉指電極之間的柔性PET基底上，作為背柵晶體管的通道。
優(yōu)化了通道濃度和FET偏置電壓，使得傳感器表現(xiàn)出極低的檢測限和高靈敏度。與電阻式傳感器相比，本文所提出的基于FET的生物傳感器通過柵極的感應(yīng)電場放大電流使其具有更高的靈敏度、更低的檢測限等優(yōu)點。該柔性葡萄糖傳感器的靈敏度為600μA/μM，檢測限為1nM，具有高重現(xiàn)性、良好穩(wěn)定性和高選擇性。
該生物傳感器對真實血清樣品的高精度響應(yīng)表明，其可以用作真實血液樣品中葡萄糖檢測的測試條。
在這項工作中，研究人員提出了一種用還原氧化石墨烯修飾的CuO空心球（rGO/CuO-NHS）作為通道的背柵FET（BGFET），以提高葡萄糖傳感器的選擇性、靈敏度和穩(wěn)定性。本工作的新穎性在于使用具有納米結(jié)構(gòu)殼的CuO空心球作為柔性襯底上背柵FET的通道，該納米結(jié)構(gòu)殼通過rGO改性（就檢測極限和靈敏度而言）。
結(jié)果證實了所提出的生物電子葡萄糖傳感器的高性能，其在不使用酶的情況下提供了所需的葡萄糖傳感參數(shù)。
柔性背柵葡萄糖傳感器示意圖：（a）晶體管模式；（b）電阻模式。
rGO/CuO-NHS BGFET傳感器制造工藝示意圖
研究人員提出的rGO/CuO-NHS BGFET葡萄糖傳感的工作原理可以基于化學(xué)反應(yīng)和晶體管作用來解釋。
在反應(yīng)過程中，石墨烯納米片增強了葡萄糖氧化的電催化活性，進而產(chǎn)生更多的電子，并增加了通道的導(dǎo)電性，從而導(dǎo)致更高的FET電流。FET的柵極放大了產(chǎn)生的電流，使得與電阻器件相比，對于小濃度的葡萄糖可以讀取更高的電流。
rGO/CuO-NHS BGFET傳感器的傳感機制示意圖
BGFET傳感器可以測量0到1μM范圍內(nèi)的葡萄糖濃度，并具有非常低（1nM）的檢測限。所制備的rGO/CuO-NHS FET表現(xiàn)出優(yōu)異的傳感性能、高選擇性、靈敏度和穩(wěn)定性。
根據(jù)計算，F(xiàn)ET對葡萄糖的靈敏度在0~1μM內(nèi)約為600μA/μM?；贔ET的生物傳感器對人血清樣本的響應(yīng)在病理實驗室得到驗證，與商用設(shè)備非常一致。
柔性FET傳感器的實驗結(jié)果：（a）再現(xiàn)性、（b）重復(fù)性、（c）穩(wěn)定性和（d）選擇性。
簡而言之，研究人員制備了一種基于rGO/CuO-NHS的柔性傳感器。PET襯底兩側(cè)的Ag電極已被用于設(shè)計背柵FET和電阻生物傳感器。
混合材料用作FET的通道，F(xiàn)ET用作葡萄糖敏感材料。在葡萄糖存在之前和之后測量晶體管和電阻生物傳感器的電特性。
隨著葡萄糖濃度的增加，生物傳感器的電流增加。所制備的rGO/CuO-NHS FET表現(xiàn)出優(yōu)異的傳感性能、高選擇性、靈敏度和穩(wěn)定性。
相信在不久的將來，憑借高精度和高選擇性，本文所提出的傳感器將被用于即時檢測（POCT）領(lǐng)域。
審核編輯：劉清