生物传感器研究取得进展：环境检测石墨烯场效应

清华大学环境学院水环境保护所何苗课题组在新型石墨烯场效应管（Graphenefield-effecttransistor,GFET）纳米传感器件研究中取得进展。研究通过开发一种基于可集成平面固态栅极（High-κsolid-gate）新结构的GFET传感器件，实现对水中新型污染物抗生素的免标记定量检测。
    石墨烯因其*的载流子迁移率被视为zui有前途的敏感材料，免标记亲和型石墨烯场效应管传感器是生物传感领域的前沿热点。但是，目前广泛使用的液栅和背栅GFET结构分别存在结构稳定性低（需外置栅电极）和安全性弱（栅压较高）的问题，在器件集成化和实用性方面受到制约。本研究报道的High-κsolid-gateGFET新器件（图1）使用标准MEMS光刻工艺和原子层蒸镀沉积（Atomiclayerdeposition,ALD）技术制了成高介电常数平面固态栅极。实验结果和理论分析显示，新器件可以在基本保持石墨烯高迁移率的基础上，通过提高固态栅极电容，使GFET器件的跨导参数显着提高，实现高灵敏度检测。

    图1平面固态栅极石墨烯场效应管集成传感器件。
  

   经实验验证，本研究报道的High-κsolid-gateGFET新器件（图1）同时具备液栅GFET器件的低操作电压和背栅GFET器件的易于集成的优点。在此基础上，通过对石墨烯新器件进行功能化修饰，本研究实现了基于DNA适体竞争机制的新型环境污染物卡那霉素检测。此外，通过对水溶液-石墨烯敏感界面上带电生物分子分布进行的电子学理论分析，本研究提出了描述生物分子间亲和作用形成GFET器件电信号输出模型（图2）。该模型对GFET亲和型生物传感器的设计与优化具有重要的参考价值。

    图2生物传感响应机制。

    清华大学环境学院博士后王程为论文*作者和通讯作者，何苗研究员为共同通讯作者。清华大学周小红副教授、博士生李奕君，美国哥伦比亚大学乔林（QiaoLin）教授、博士生祝毅博参与了研究工作。