两大高校联手开发出高精度碳基生物传感器，推进碳基传感器集成化应用

近日，湘潭大学湖南先进传感与信息技术创新研究院张志勇教授团队和北京大学碳基电子学研究中心在实验上展示出浮栅型碳基场效应11111111111111111111111111晶体管（Floating Gate-Carbon nanotube-Field-Effect Transistor （FG-CNT-FET））器件与生物传感相结合的性能优势，实现了碳基生物传感器的规模化制备和高灵敏度的性能统一，为推进碳基传感器的集成化，实用化奠定了基础。

此前，张志勇教授团队采用聚合物筛选出的超高纯度半导体碳纳米管制备的网络状薄膜，实现了碳纳米管场效应晶体管的晶圆级规模制备，器件成品率达 100%，解决了制约碳纳米管场效应晶体管生物传感器批量制备的一大难题。

图源：湘潭大学

在此基础上该团队研制一种顶栅为氧化钇绝缘层的浮栅式碳纳米管场效应晶体管生物传感器，介质层的存在避免了碳纳米管与生物分子之间直接的复杂的相互作用带来的负面影响，同时为器件功能化提供了一个通用平台，并且有效的改善了生物传感器的灵敏度和可重复性。

此传感平台被用于筛查帕陶综合征的 DNA 片段和肝癌细胞囊泡的检测，在不同传感器之间均展现出良好的均一性，稳定性和线性度，并可实现理论检测下限分别低至 60 aM 和 6 particles/mL，展示出了碳基生物传感平台在核酸和生物结构直接检测方面的应用前景。

此外，该生物传感器在 4 英寸晶片上表现出的高度均一性以及优越的稳定性。结合碳纳米管的集成电路最新进展，在此开发的生物传感器平台在高度集成和多路复用的碳基集成传感器系统中具有巨大潜力。

该研究工作还得到了湖北中医药大学张国军教授团队提供的肝癌囊泡的制备和生物学表征，研究院院长、北京大学电子系彭练矛（院士、教授）对研究方案提出和论文撰写提供了指导，并得到了湖南省科技厅重大项目、国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的支持。

据介绍，湖南先进传感与信息技术创新研究院是湖南省人民政府支持下，由北京大学与湘潭大学在 2018 年合作共建的新型研发平台，旨在建设成为碳基纳米电子器件和新型高端传感器研究的国家创新中心和国内一流的技术产业推进中心。目前研究院各项工作推进有力，已建成中南地区最先进、国内领先水平的微纳器件加工实验室，引进了包括中科院院士、国家优青等在内的一批高端人才，招收了硕士博士研究生 20 余名。研究院在碳基气体传感器阵列、生物医疗传感器和柔性电子器件等方面均取得系列重要进展，包括本次 science 在线的研究成果，已发表了 30 余篇较高水平的学术论文，并与华为、京东方、旭海光电、中电集团等龙头企业接洽，积极开展产学研合作，相关研究成果将尽快推向市场。