哈工大潘昀路教授团队:可在人类汗液中检测的柔性可再生石墨烯生物传感器

石墨烯由于其优异的电学性能和对分子敏感的特性被广泛应用于生化传感器中。石墨烯生物传感器在个人健康,医疗检测设备,可穿戴和植入式检测器件等应用领域展现出巨大的潜力。然而,由于目标分子所处的检测环境复杂,大量非目标分子对传感信号的干扰,实现石墨烯生物传感器在人体真实体液中的原位传感仍是亟待解决的问题。

针对这些问题,哈尔滨工业大学潘昀路教授课题组近日在《Adv. Funct. Mater.》上发表题为“A Flexible and Regenerative AptamericGraphene-Nafion Biosensor for Cytokine Storm Biomarker Monitoring in Undiluted Biofluids toward Wearable Applications”的文章

提出了一种基于石墨烯-Nafion复合薄膜的柔性可再生生物传感器,该柔性纳米传感器可实现在不稀释的真实人体汗液中对“炎症风暴”标志物进行准确检测(图1)。他们通过使用石墨烯-Nafion复合薄膜作为场效应晶体管的导电通道,极大的抑制了石墨烯表面非特异性吸附对传感信号产生的干扰,并采用分子量较小的DNA适配体作为探针,减弱了德拜屏蔽作用。

哈工大潘昀路教授团队《Adv. Funct.Mater.》:可在人类汗液中检测的柔性可再生石墨烯生物传感器

图1 石墨烯-Nafion复合薄膜生物传感器

实验结果表明,石墨烯-Nafion生物传感器可并实现在未稀释的人工汗液和真实人体汗液中对“炎症风暴”标志物IFN-γ进行快速准确的检测,检测范围为0.015 to 250 nM,检测极限为740 fM(图2)。

哈工大潘昀路教授团队《Adv. Funct.Mater.》:可在人类汗液中检测的柔性可再生石墨烯生物传感器

图2 人类汗液中生物标志物检测

由于石墨烯-Nafion复合薄膜的独特性质,纳米传感器同时还具有可再生以及耐久性,在经过80次再生循环或100次褶皱测试后,机械,电气性能和传感信号仍可保持与初次使用时极高的一致性。同时,该柔性纳米传感器可与人体的皮肤表面紧密贴合,从而实现可穿戴功能。图3展示了柔性传感器在假手上对IFN-γ的检测结果,与在硅片上的测量结果保持高度的一致。

哈工大潘昀路教授团队《Adv. Funct.Mater.》:可在人类汗液中检测的柔性可再生石墨烯生物传感器

图3 柔性石墨烯-Nafion复合薄膜生物传感器

该研究中所设计制造的基于石墨烯-Nafion复合薄膜的柔性传感器不但可以作为一种普适的方法,在改善其他纳米材料传感器检测性能方面得到广泛的研究,而且有望促进纳米传感器在个人医疗健康领域的进一步发展。

论文的第一作者为哈尔滨工业大学博士生王子然,哈尔滨工业大学潘昀路教授郝壮博士后为共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金的大力支持。

全文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202005958

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