基于二维材料的场效应生物化学传感器，正处于纳电子器件和生物传感器研究领域的前沿。此类生物化学传感器有望突破传统检测技术灵敏度低的瓶颈，准确捕捉到人体内含量浓度极低、但与生理病理息息相关的生物标志物，从而为疾病的早期诊断、治疗以及康复管理提供临床依据。然而，目前其在生理溶液中对目标生物分子的检测灵敏度仍远低于理论预期，其主要原因之一在于修饰在传感器表面的生物受体分子的信号阻断效应（即德拜屏蔽）。
近期，清华大学符汪洋副教授团队在这方面取得突破性进展。他们利用高频信号能够深入到溶液中较长距离进行检测的特性来克服德拜屏蔽，报道了一种工作在超高频（UHF，约2 GHz）下的反射式石墨烯生物传感器（Gr-FET）。该UHF Gr-FET能够不受德拜屏蔽影响，直接在高盐溶液中进行生物化学传感（见上图）。同时，通过结合电解质门控和UHF反射式测量，实现了对于目标生物分子/细胞的高灵敏介电检测，为开发在生理溶液环境下的生物检测方法提供了独特的解决方案。
图1 (A) 超高频（UHF）石墨烯芯片的组装和测量。(B) UHF反射式测量结果。(C) UHF石墨烯生物传感装置可同时测量石墨烯电阻信号（R）和UHF反射信号（S）。(D) 电解质门控引起的石墨烯电阻R和UHF反射信号S的变化。
图2 (A) 石墨烯表面首先通过芘环经由较长的乙二醇链（PEG10〜4nm）与生物素（由红点表示）偶联，然后引入链霉亲和素与生物素分子紧密结合。(B) 芘环通过π-π相互作用固定在石墨烯表面后，电阻（黑线）、UHF传感信号（红线）和UHF介电调制传感信号（紫线）都出现了变化。(C) 引入与生物素结合的链霉亲和素后，只在介电调制的UHF传感信号中检测到变化，基于传统检测方法的电阻信号则由于德拜屏蔽无法检测到这一结合。
图3 (A) 石墨烯表面首先通过芘环经由较长的乙二醇链（PEG12〜5nm）与多肽E（例如，（EIAALEK）3）偶联。(B) UHF石墨烯传感器在介电调制模式下，检测得到引入多肽K（即（KIAALKE）3）后其与多肽E的相互作用信号。
图4 （A）通过UHF介电调制信号监测心肌细胞收缩。（B）椭圆偏振仪测量聚电解质（PEM）在三种不同浓度的盐溶液（0.05 M，0.5 M和1 M）中厚度随自组装层数（见插图，交替PAH（+）/PSS（-）逐层自组装）的变化。（C） 传统电阻信号（ΔR，黑色圆点）和UHF介电调制信号（ΔS，红色方块）对比检测PEM的逐层自组装过程。
论文链接https://doi.org/10.1002/adma.202106666
本文来自高分子科学前沿，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
