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電子學系張志勇教授課題組在新型生物傳感器領域取得重要研究進展

發佈時間:2019-02-15

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唐氏綜合徵是最常見、最高發的出生缺陷疾病,風險率達1/700;患兒因多了一條21號染色體而具有明顯的智力和形體缺陷,給患兒及其家庭,乃至社會造成沉重負擔。爲了降低該病患兒出生率,我國要求對孕婦進行產前篩查,目前國內通用的方法爲超聲檢查和孕婦血液標誌物檢測,存在準確率低、誤診率高的問題;而新興的全基因測序的方法,不僅費用昂貴,且用時過長,難以在大範圍推廣,因此急需發展一種快速,低成本且準確率高的新型篩查方法。近日,博狗体育在线&電子學系、納米器件物理與化學教育部重點實驗室張志勇教授課題組利用基於二硫化鉬(MoS2)場效應晶體管(FET)的生物傳感器,對新型唐氏綜合徵篩查方案展開探索,並取得重要進展。

課題組採用化學氣相沉積(CVD)生長的大面積、高質量、均一的單層MoS2薄膜做溝道材料,所製備的FET陣列電學性能優越(電流開關比達106,亞閾值擺幅達70 mV/DEC);與此同時,在FET溝道區域修飾金(Au)納米顆粒,以連接DNA探針,通過AuHS-離子的化合反應,將適當密度的脫氧核糖核酸(DNA)探針連接至金顆粒,該探針DNA就可以捕獲溶液中的待測DNA引起器件電流下降。在確認FET器件的時間穩定性良好後,進行以21號染色體標誌性片段爲待測物的DNA靜態反應,並測試器件電學性質改變;結果表明,器件可實現0.1 fM/L的超高檢測精度和240%的最大響應率,綜合這兩項指標,爲迄今公開報道的FET DNA傳感器的最佳結果。在DNA干擾物測試中,器件同樣表現出高度特異性;實時測試表明,器件能夠連續區分出1 fM/L1 pM/L的待測DNA,反應時間僅爲400 s。此外,運用相同的實驗方案測試參考DNA13號染色體)片段,通過比較所測得21號染色體和13號染色體的濃度,即可判斷是否存在21號染色體的過表達,從而推斷胎兒21號染色體數目是否異常,最終實現唐氏綜合徵的無創產前檢測。

基於這項工作的學術論文《針對唐氏綜合徵篩查的單層二硫化鉬場效應晶體DNA傳感器》(Ultrasensitive monolayer MoS2 field-effect transistor based DNA sensors for screening of Down syndrome)於2019213日在線發表於《納米快訊》(Nano Letters;電子學系2016級碩士研究生劉靜遐、國家衛生和計劃生育委員會科學技術研究所助理研究員陳西華、中國科學院物理研究所2017級博士研究生王琴琴爲共同第一作者,張志勇和中國科學院物理研究所張廣宇研究員爲通訊作者。美國化學會官網以《靈敏傳感器檢測唐氏綜合徵DNASensitive sensor detects Down syndrome DNA爲題,作爲最新熱點推介。

以上研究得到國家重點研發計劃、國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金等資助;DNA材料和單層MoS2材料分別由陳西華和張廣宇課題組提供。

原文鏈接:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.8b03818

熱點推介:https://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/presspacs/2019/acs-presspac-february-13-2019/sensitive-sensor-detects-down-syndrome-dna.html

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