【Biosensors and Bioelectronics】利用金属氧化物晶体管对唾液中葡萄糖进行无创、超灵敏检测

基于晶体管的生物传感器是一种新兴技术，可以用于廉价的即时检测应用，也称为POCT。然而，目前晶体管技术的灵敏度有限，限制了它们在实际应用中的使用。在这项研究中，阿卜杜拉国王科技大学的Abhinav Sharma团队开发了一种新型的晶体管，它是由三个通道组成的，通道中含有固定在表面上的葡萄糖氧化酶。他们用这种晶体管来检测各种生物体液中的葡萄糖。这种晶体管的设计与众不同，它利用了埋藏在其中的In2O3/ZnO异质结薄膜的界面，使电子之间形成强耦合。同时，由于葡萄糖和表面固定的葡萄糖氧化酶之间的相互作用，通道表面的电荷密度发生变化，引起静电扰动。葡萄糖氧化酶会选择性地与葡萄糖结合，进一步改变通道表面的电荷密度。通过研究这种效应，他们可以使用这种固态生物传感晶体管（BioTFT）选择性地检测人工和真实唾液中的葡萄糖，检测范围为500纳摩尔到20毫摩尔，检测时间不到60秒。这种传感器对葡萄糖非常特异，可以对抗人工唾液中的各种干扰物质，显示出其独特的能力。此外，在500纳摩尔葡萄糖浓度下，BioTFTs表现出良好的操作稳定性，相对标准偏差为2.36%到6.39%。他们的BioTFTs制造简单易行，操作可靠，是无创POCT应用的理想选择。他们开发的这种晶体管生物传感器利用不同寻常的通道设计和表面固定化酶的方法，可以快速、准确地检测生物体液中的葡萄糖，具有高度选择性和稳定性。它们可以广泛应用于医疗领域和其他需要即时检测的领域，为其提供了一种廉价而可靠的检测解决方案。

图 1 (a)在In2O3/ZnO表面每一步修饰前后(比尺= 200 nm)拍摄的AFM形貌图。(b)从每次序贯修改的AFM数据中提取的高度直方图。从相应的AFM图像中获得表面粗糙度的均方根值(σRMS)。比较表面功能化前后In2O3/ZnO的C1s峰(c)和N1s峰(d)的XPS光谱。

图 2基于晶体管生物传感器的性能探究示意图。

他们开发了高灵敏度的BioTFTs，利用异质结金属氧化物晶体管和三通道结构进行无创葡萄糖检测。BioTFTs具有高信号放大的n通道操作特性，能够可靠地检测包括PBS溶液、血清、合成唾液和真实唾液在内的各种液体中的葡萄糖。具体而言，优化后的BioTFTs在500 nM到20 mM范围内检测葡萄糖，在人工唾液和真实唾液中的LOD分别为~365 pM和~416 nM。优异的特异性归因于GOx酶能够选择性检测关键干扰物种，如AA, UA，果糖，蔗糖，AA和UA的混合物。此外，该传感器在室温下可以储存14天以上，响应速度快，具有良好的运行稳定性。然而，BioTFTs的敏感性随着时间的推移而降低，这可能是由于酶的变性或固定基质的降解。使用更稳定的受体(例如葡萄糖结合肽)有助于减少降解。尽管有这些局限性，但是三通道BioTFTs代表了一种很有前景的检测超低血糖浓度的平台技术，具有应用于POCT的潜力。

论文题目：Non-invasive, ultrasensitive detection of glucose in saliva using metal oxide transistors

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2023.115448

转自：“NANO学术”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！