石墨烯由于其優(yōu)異的電學(xué)性能和對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人健康，醫(yī)療檢測設(shè)備，可穿戴和植入式檢測器件等應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。然而，由于目標(biāo)分子所處的檢測環(huán)境復(fù)雜，大量非目標(biāo)分子對傳感信號的干擾，實現(xiàn)石墨烯生物傳感器在人體真實體液中的原位傳感仍是亟待解決的問題。
針對這些問題，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現(xiàn)在不稀釋的真實人體汗液中對“炎癥風(fēng)暴”標(biāo)志物進(jìn)行準(zhǔn)確檢測（圖1）。他們通過使用石墨烯-Nafion復(fù)合薄膜作為場效應(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傳感信號產(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
實驗結(jié)果表明，石墨烯-Nafion生物傳感器可并實現(xiàn)在未稀釋的人工汗液和真實人體汗液中對“炎癥風(fēng)暴”標(biāo)志物IFN-γ進(jìn)行快速準(zhǔn)確的檢測，檢測范圍為0.015 to 250 nM，檢測極限為740 fM（圖2）。
圖2 人類汗液中生物標(biāo)志物檢測
由于石墨烯-Nafion復(fù)合薄膜的獨(dú)特性質(zhì)，納米傳感器同時還具有可再生以及耐久性，在經(jīng)過80次再生循環(huán)或100次褶皺測試后，機(jī)械，電氣性能和傳感信號仍可保持與初次使用時極高的一致性。同時，該柔性納米傳感器可與人體的皮膚表面緊密貼合，從而實現(xiàn)可穿戴功能。圖3展示了柔性傳感器在假手上對IFN-γ的檢測結(jié)果，與在硅片上的測量結(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
