成果簡介
本文，哈爾濱工業大學潘昀路教授團隊在 《ADV MATER TECHNOL》期刊發表名為“An Ultraflexible and Transparent Graphene-Based Wearable Sensor for Biofluid Biomarkers Detection”的論文，研究提出了一種超柔性和透明的基於石墨烯的場效應電晶體 (GFET) 可穿戴奈米感測器，用於檢測體液生物標誌物。奈米感測器被一種受體功能化，該受體可以與生物標誌物特異性結合，從而導致石墨烯的載體濃度發生可檢測的變化。從100次變形迴圈（半徑175µm彎曲、150 °摺疊和 50%收縮）恢復後，未觀察到可見的機械損傷，並且奈米感測器的電效能也高度一致。選擇與各種疾病相關的 L-半胱氨酸作為生物標誌物來證明感測器的檢測能力。該奈米感測器能夠持續可靠地檢測 L-半胱氨酸，檢測限為0.022×未稀釋的人體汗液中為10 -6 m ，人工淚液中為0.043× 10 -6 m。該感測器由1µm透明聚對苯二甲酸乙二醇酯基板和WO 3 /Au/WO 3電極（透明度為 81%）製成，可以安裝在眼珠上進行眼淚檢測，而不會影響視覺。這些結果表明，超柔性和透明的 GFET可穿戴奈米感測器可能有助於醫學檢測應用。
圖文導讀
圖1、a) 定製的可穿戴奈米感測系統的照片。b) 感測器貼合面板。c) 電極透明度為81%。d) 奈米感測器的示意圖。漏極和源極之間的通道被石墨烯覆蓋。透明電極由三層金屬組成：30 nm WO 3、8nm Au 和30 nm WO 3。e) 生物標誌物被石墨烯表面的受體捕獲後，Ids會發生變化。
圖2、a) 奈米感測器和漏極和源極之間通道的照片。b) PEMA 和石墨烯之間非共價相互作用的視覺影象。綠色部分代表 PEMA 和石墨烯之間的非共價相互作用。c) 石墨烯通道功能化前後的 AFM 影象。d) 石墨烯功能化前後的拉曼光譜。FWHM：拉曼光譜的半峰全寬。e) 在功能化之前，原始石墨烯的轉移特性曲線沒有隨著L-半胱氨酸濃度從0到800 × 10 -6 m移動。功能化後狄拉克點從 0.13 變為 0.24 V。
圖3、a) 平面、彎曲、摺疊和收縮奈米感測器的照片。b) 空穴分支g m1和電子分支g m2分別是 ( V dirac -50) mV、( V dirac +50) mV 處的跨導。c,d) 平面、彎曲（半徑 175 µm）、摺疊（150°）和收縮（50%）奈米感測器的g m1和g m2分別。樣本大小為 14。e) 石墨烯在L-半胱氨酸溶液 (0-500 × 10 -6 m ) 的奈米感測器的傳遞特性曲線。f) 電壓漂移ΔV Dirac作為L-半胱氨酸濃度的函式的平面、彎曲、摺疊和收縮奈米感測器。
圖4、a) 貼在在人造眼珠上的奈米感測器的照片。b) 左邊的照片是由金電極覆蓋的相機拍攝的。右邊的照片是由 WO 3 /Au/WO 3電極未覆蓋的克麗瑪拍攝的。拍攝引數：光圈 F11，快門時間為 1/1000 s，焦距為 50 mm，ISO 為 1000。c）在眼淚中，石墨烯暴露於 L-半胱氨酸溶液（0- 4800 × 10 -6 米）。d)作為眼淚中 L-半胱氨酸濃度的函式的奈米感測器的電壓變化ΔV Dirac
圖5、a) 在奈米感測器和純石墨烯感測器上實時監測葡萄糖濃度的變化作為對照。b) 計算的電流偏移 Δ I ds作為葡萄糖濃度的函式。插圖：未稀釋的人體汗液中 L-半胱氨酸溶液的照片。樣本量為 3。
圖6、PBS、Fmoc-D-Phe-OH、Fmoc-Tyr-OH、Fmoc-Ser-OH、Fmoc-L-色氨酸、Fmoc-D-Pro-OH、D-蛋氨酸和 L-半胱氨酸下的電流偏移 Δ I ds .
小結
憑藉透明基板和電極，本研究的感測器有望用於隱形眼鏡。GFET可穿戴奈米感測器由於厚度超薄，可以很好地貼合人體面板。奈米感測器的透明度為隱形眼鏡提供了潛在的應用。在相應的受體功能化後，奈米感測器平臺可以擴充套件到其他生物標誌物檢測。這些結果表明，超柔性和透明的 GFET 可穿戴奈米感測器可能有助於醫學檢測應用。
文獻：
https://doi.org/10.1002/admt.202101131
