天津大学王勇教授团队 | OFET传感器中生物分子固定化策略的研究进展

文章信息

Le Li, Siying Wang, Yin Xiao & Yong Wang. Recent Advances in Immobilization Strategies for Biomolecules in Sensors Using Organic Field-Effect Transistors. Trans Tianjin Univ, 2019: DOI: https://doi.org/10.1007/s12209-020-00234-y

原文链接：

https://link.springer.com/article/10.1007/s12209-020-00234-y

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本文亮点

✍有机场效应晶体管（OFET）具有灵敏度高、成本低、集成度高、灵活性和印刷适性等优点，在传感领域应用广泛。

✍利用生物分子如酶、抗体、脱氧核糖核酸（DNA）等对栅极/电解质界面或有机半导体层/电解质界面修饰而开发的分析平台具有很高的选择性。

✍本文为提供更好或更便捷的生物固定化方法以提高检测灵敏度，综述了近年来有机场效应晶体管中生物大分子的固定化策略。此外，讨论了生物分子对器件性能的影响。

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内容简介

✍研究背景

OFET生物传感器利用生物敏感材料作为识别单元，传感层的构建是建立OFET识别系统的关键。目前，OFET传感器在生物和医学等具有广泛的应用前景。

✍研究现状

基于分析物和固定化生物分子之间的特殊相互作用，如酶-底物、抗体-抗原和DNA-靶DNA等，OFET传感器平台将识别事件转换为电信号。生物分子的固定化策略在OFET传感器的建立中起着至关重要的作用，需考虑生物活性、非特异性吸附及器件性能等诸多因素。

因此，生物分子在传感层上的定向、有序、可控的固定化研究受到了广泛的关注。

✍发展趋势

OFET生物传感器通过优化器件结构或开发新型生物相容、性能稳定的传感层材料可提高传感性能。本文还讨论了OFET传感器未来发展的挑战，高水平集成化设备将是未来发展趋势。

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图文导读

图1 外延栅极OFET生物传感器装置对分析物(a)乳酸，(b)生物胺和(c)硝酸盐响应机理

图2 (a)OFET-生物传感器系统示意图，该系统使用带有酶电极的传感器芯片；(b)传感器芯片实物图和示意图；(c)传感器芯片上酶电极与普鲁士蓝反应过程；(d)基于外延栅极有机晶体管的酶传感器结构示意图

图3 (a)通过PIMIG方法引入结合基团并将酶固定在有机半导体层示意图；(b)原始PDPP3T膜、氧等离子体处理（24W，2min）和酶固定化后PDPP3T膜的XPS光谱和静态接触角示意图；(c)ATP生物传感机理示意图

图4 (a)HSC6NH2-与(b)PG介导的奈奎斯特图(Nyquist plots)，曲线顶部为两种功能化策略示意图

图5 (a) BPA-EGOFET在有机半导体/电解质界面发生竞争免疫检测示意图。(b)栅极修饰的EGOFET在电解质中添加目标分子2,4-D之前（左）和之后（右）示意图。

图6 EGOFET生物传感平台制作工艺示意图。PBTTT沉积到基板上，旋涂聚（丙烯酸）（PAA）并通过紫外辐射交联。生物素化磷脂通过EDC/NHS发生偶联反应作为生物探针固定在PAA涂层。

图7（a）具有金浮动电极的微通道集成的并五苯TFT横截面结构、硫代DNA探针与靶DNA在金浮动电极的固定、杂交过程示意图；微通道集成的GOSS -并五苯FET生物传感器（b）横截面结构；（c）传感机理；（d）GO络合物（GO-PEG-NH2和GO-HER2）的合成路线示意图。

表1 基于酶-底物特异结合检测的OTFT传感平台性能总结

表2 抗体的固定化介质、修饰的界面和检测性能总结

表3 DNA的固定化方法及修饰的界面总结

王勇通讯作者
天津大学理学院教授，现任理学院副院长，新加坡南洋理工大学博士。国家优秀青年基金项目获得者，2017-2019年国家自然科学基金委化学科学部分析化学流动项目主任。主要研究方向为高分辨率手性分离和传感。

肖殷通讯作者
天津大学化工学院副教授，新加坡南洋理工大学博士。研究兴趣主要集中在有机半导体材料及器件等领域。

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Transactions of Tianjin University

天津大学学报（英文版)

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