石墨烯是生物传感应用的极好材料。多年来，石墨烯器件的成熟度稳步提高，现在已经达到了市场上现成的石墨烯组件的阶段，使生物传感处于初创企业和研究小组的触手可及之中。
石墨烯具有多种特性，使其有利于用于生物传感。材料的 2D 特性本身提供了内在的优势，因为整个材料体积充当传感表面。此外，石墨烯具有出色的机械强度、生物相容性、导热性和导电性、紧凑性和潜在的低成本。
石墨烯场效应晶体管（GFET）是这种材料生物传感应用的主导技术。GFET依赖于在分析物存在下电荷载流子密度变化的成熟技术。由于检测到的物质的存在，石墨烯中电荷载流子密度的变化被记录为通过石墨烯晶体管的电压或电流的变化。这种传感原理可用于检测气体、液体或固体材料，例如生物材料。
图片：石墨烯生物传感器方案（摘自 Materials Today 14, 308 (2011), creative commons）。
GFET是对经典硅场效应晶体管的改进，在现代电子产品中无处不在。在传统的晶体管中，硅充当薄导电通道，其电导率可以通过施加的电压进行调整。GFET以类似的方式执行，除了硅被石墨烯取代，石墨烯产生更薄，因此更敏感的通道区域。在传感模式下，通道电导率在存在分析物时受到干扰。由于广泛的电化学势和功能化能力，GFETs为生物分子提供了一种有吸引力的附着装置，并且由于石墨烯的极限薄度和极高的表面体积比，电性能对即使是最小浓度的附着分子也很敏感。使用GFET，为阿片类分子生产了检测限为10 pg/mL的生物传感器。
图：GFET传感器的草图（摘自Chem. Sci., 2012, 3, 1764, with permission of The Royal Society of Chemistry）。
因此，石墨烯生物传感器满足任何传感技术的关键要求，如特异性、可重复性、稳定性、灵敏度和线性。
图：微芯片上的石墨烯GFET器件。
氧化石墨烯（GO）在生物传感方面也具有强大的应用潜力。例如，柏林弗劳恩霍夫研究所的科学家已经修改了他们的GO传感器以测试COVID-19抗体。在此之前，同样的研究人员表明，一滴血液或唾液就足以在短短15分钟内准确可靠地检测出其他疾病的感染。疾病检测由传感器执行，该传感器由放置在两个电极之间的GO片组成，该凝胶与特定生物标志物结合的分子功能化。氧化石墨烯在生物传感方面有着悠久的应用历史，包括抗体检测、实时呼气检测、农药筛查、DNA传感、HS病毒检测等。
图：氧化石墨烯的传感应用。摘自Arabian Journal of Chemistry 9, 238 (2016). Creative Commons license
Graphenea设计了一系列基于GFET的设备，使我们的客户更容易传感。GFET-S产品系列包含近十几种不同的设计，针对客户可能拥有的不同应用。这些产品通常包含一个微芯片，上面有许多器件，随时准备进行并行传感操作。不同产品中的器件具有不同的功能和几何形状，例如霍尔棒、2 探头 GFET 通道、封装金属焊盘以避免在处理液体时退化、3 探头、用于单独控制芯片上每个石墨烯器件的超薄后门以及不同的通道尺寸。该产品系列面向希望开始基于石墨烯的传感并希望可以定制的现成工作石墨烯器件的研究人员。例如，GFET-S20已被我们的客户用于检测白细胞介素-6，这是一种生物标志物，越来越多地用作炎症的指标，作为从哮喘到癌症的一系列疾病的早期预警信号。这些设备还被用作可靠、便携、快速的 COVID-19 探测器。基于GFET-S20的生物传感器被证明优于传统的ELISA和最先进的Simoa生物传感器，已被证明简单，快速，具有超低检测限（LOD）。
图：GFET-S20，适用于液体环境。
通过引入石墨烯铸造厂的其他产品，GFET在生物传感中的使用变得更加简单。例如，MGFET产品系列是GFET系列的升级版，由连接到芯片载体的微芯片（芯片）上的GFET器件组成，所有触点都采用引线键合。因此，客户只需将MGFET插入测量板上的插座即可立即开始工作。
如果客户愿意，他们可以获得石墨烯卡，该卡将MGFET器件连接到用于信号读出的电气设备。该卡包含 6 个 BNC 连接器和一系列开关，允许外部访问石墨烯器件上的每个触点。
图：插入石墨烯卡的MGFET。
对于基于石墨烯的生物传感的近乎交钥匙的解决方案，客户可以转向石墨烯卡式S2X。与Graphenea卡一样，该墨盒将GFET（S20）设备连接到读出电子设备，但它还包括一个带有储液器的惰性外壳，客户可以直接在其中执行生物传感。
图：石墨烯墨盒。
与其他商用解决方案相比，GFET生物传感器具有公认的优势，高传感多功能性以及与Graphenea的集成解决方案结合使用时的易用性，可满足许多研究人员的需求，并提高每个人对生物传感研究的可访问性。
本文来自Graphenea，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
