近日，湖南先进传感与信息技术创新研究院张志勇教授团队在碳基生物传感平台的构建上取得重要进展，在国际顶级期刊《ACS Nano》（一区Top期刊，影响因子15.8）上发表论文《小分子自组装策略实现基于场效应晶体管生物传感器阵列的超快速、高灵敏度、便携式多种抗生素检测》（Small-Molecule Self-Assembly Strategy Enables Ultrafast, Sensitive, and Portable Multiplexed Antibiotics Detection by Field-Effect Transistor Biosensor Arrays）。论文第一作者为研究院2024级博士研究生童佳。芯吭赫胖居陆淌、刘晓峰博士和刘逸为副教授为文章共同通讯作者。
抗生素的过度使用已构成全球性公共卫生挑战。开发快速、精准的检测技术对保障食品安全及遏制耐药性传播具有重大意义。场效应晶体管（FET）生物传感器凭借高灵敏度、快速响应、免标记等特性，被视为下一代现场快速检测技术的关键平台。碳纳米管场效应晶体管（CNT-FET）凭借其优异的电子传输特性和高比表面积，在检测微量抗生素残留时具有显著优势。然而，在复杂食品环境中使用这一技术，面临两大挑战：食品中的盐离子会削弱传感器的检测能力，使得抗生素-核酸适体结合事件引起的电信号变化不明显；复杂样本中蛋白质、脂质等成分的非特异性吸附引发假阳性响应，降低检测准确性。
针对上述难题，研究团队提出了一种小分子界面自组装解决方案。首先，设计核酸适体能化CNT-FET传感器，通过考察小分子修饰试剂的链长度和官能团对CNT-FET生物传感器抗污性能及灵敏度的影响，并寻找出最佳的2-巯基乙磺酸钠（Mesna）/巯基乙醇（ME）复合分子涂层，构建兼具抗污与信号增强功能的传感界面，使得非特异性响应降低至<5%。此外，研究团队利用可控的微区域修饰技术将多种抗生素核酸适体固定在多通道传感单元，制备功能化CNT-FET传感阵列芯片。结合便携式碳基生物传感器系统，实现卡那霉素、土霉素、磺胺喹噁啉三种抗生素的现场同步检测（检测限低至飞摩尔量级），其性能优于传统的ELISA方法，为复杂食品基质中痕量污染物的精准监测提供了创新解决方案，且可为终端用户提供“样本进-结果出”的一站式检测体验。
湖南先进传感与信息技术创新研究院科研团队聚焦碳基集成电路和新型传感器为代表的新一代信息技术领域，在唐氏综合症筛查、肝癌检测、无创血糖监测等生物传感和甲烷、氢气、甲醛等气体传感器件及其相关技术方面取得重要研究成果，并已研制全球首条碳基传感芯片示范线，推进相关核心技术产业化。
文章链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c00523
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