纳米生物传感中心在石墨烯场效应晶体管生物传感器领域取得新进展

文章来源：湖北中医药大学校友会

石墨烯场效应晶体管（FET）生物传感器是一种免标记、低功耗、高灵敏的传感平台，它通过探测石墨烯通道在离子或生物化学分子结合时由于场效应发生的电导改变进行传感。由于其极高的载流子迁移率和较低的电噪声，石墨烯场效应生物传感器在疾病早期诊断领域受到广泛的关注和应用。张国军教授团队近年来一直从事石墨烯场效应晶体管生物传感器在生物医学检测方面的研究工作，通过构建高效石墨烯生物传感界面，进一步提高检测的灵敏度，实现对各类疾病相关标志物（蛋白质、核酸、外泌体等）高灵敏、高特异的检测，2篇论文先后入选ESI高被引（Top 1%）论文。近期团队在这一领域又取得了一系列新进展。

雷用敏博士（现为信息工程学院教师）以第一作者身份在国际知名期刊《Carbon》发表题为“Real-Time Monitoring of Cellular Ca2+ Efflux with Renewable Graphene Field Effect Transistor Biosensor”的高水平文章。《Carbon》是ELSEVIER杂志社顶级学术期刊，工程技术领域I区Top，影响因子11.307。钙离子是细胞内的第二信使，在细胞外对细胞间通信起着重要的作用。该工作发展了一种光催化诱导的可再生还原氧化石墨烯场效应晶体管生物传感器，可用于动态探测细胞外微环境中Ca2+的释放。构建的传感器可重复多次使用，具有优异的稳定性。方法的建立为在细胞水平上研究Ca2+外流提供了新的思路和方法。

2022级博士研究生李加好以第一作者身份在《ACS Sensors》上发表题为“Tandem Cas13a/crRNA-Mediated CRISPR-FET Biosensor: A One-for-All Check Station for Virus without Amplification”的高水平SCI论文。《ACS Sensors》是美国化学会（ACS）旗下的国际生物传感领域顶级学术期刊，分析化学领域I区Top，影响因子9.618。CRISPR/Cas13是一类RNA介导的靶向RNA切割的系统，它被广泛应用于RNA敲低、RNA单碱基编辑、RNA定点修饰、RNA活细胞示踪以及核酸检测领域。该研究制备了一种金纳米颗粒修饰的石墨烯FET器件，并与双CRISPR/Cas13系统进行巧妙结合，构建了一种新型CRISPR-FET生物传感器。在检测中，靶标诱导的CRISPR反应对固定化reporter进行切割，使传感沟道表面的负电荷大量减少，产生快速的电学响应。构建的传感器不仅实现了对多种RNA病毒的免扩增、高灵敏检测，解决了传统基于CRISPR检测手段耗时长、试剂耗费大、依赖于预扩增等问题，而且在临床应用中也展现了良好的诊断性能。

2020级硕士研究生肖玲在《Talanta》上发表题为“A pH-sensitive field-effect transistor for monitoring of cancer cell external acid environment”的研究论文。《Talanta》是ELSEVIER杂志社顶级学术期刊，JCR一区，影响因子为6.556。该工作设计了一种聚赖氨酸功能化的石墨烯场效应晶体管生物传感器，可原位监测癌细胞周围的细胞外酸中毒。该传感器在pH值为4.0至8.0的PBS中实现了良好的能斯特响应，具有优异的生物相容性，可用于实时监测癌细胞在不同浓度药物干预下的细胞外pH值变化。该研究提供了一种原位研究细胞外酸环境的新方法，为阐明癌症发展机制，研究药物的作用提供了新思路。

2019级硕士研究生李坤在Cell子刊《iScience》上发表题为“Ultrasensitive Detection of Exosomal miRNA with A PMO- Graphene Quantum Dots Functionalized Field Effect Transistor Biosensor”的研究论文。《iScience》是Cell出版集团旗下的第一个综合性子刊，JCR一区，影响因子为6.107。外泌体miRNAs水平与疾病的发展和肿瘤的恶性程度高度相关。该工作构建了一种石墨烯量子点功能化场效应晶体管生物传感器检测外泌体miRNA21。构建的生物传感器灵敏度高、特异性好，对miRNA21检测限可低至85 aM。该生物传感器还可用于临床血样中外泌体miRNA的检测，能有效区分健康人群和乳腺癌患者，有望成为癌症早期诊断的新方法。

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