《J Am Chem Soc》光增强化学晶体管平台用于小分子超灵敏检测

化学晶体管是一种很有前途的传感器平台，具有无标记检测、快速响应、生物相容性、高便携性和用户友好性等优点。传统晶体管传感器对小分子的灵敏检测依赖于小分子本身的电荷性质。然而，大多数小分子是中性的，这意味着它们很难通过晶体管实现超灵敏的检测。

图1. 光增强化学晶体管平台示意图

复旦大学高分子科学系魏大程课题组发现了光化学栅压效应，并基于该效应研发了一种光增强的化学晶体管检测平台，提升了化学晶体管小分子检测灵敏度，能够检测浓度低至10⁻¹⁹ M的中性分子甲基乙二醛，比现有技术低约5个数量级。相关工作以“Photo-Enhanced Chemo-Transistor Platform forUltra-Sensitive Assay of Small Molecules”为题发表在美国化学会志（Journal of the American Chemical Society，2023, https://doi.org/10.1021/jacs.2c13655）上。

图2.光增强化学晶体管检测原理

研究发现，在石墨烯通道上修饰光敏多孔COF_TP-py材料，可以获得光增强化学晶体管传感器。COF_TP-py的微孔结构具有较大的比表面积，可以有效识别小分子，同时防止石墨烯通道被污染。在光照射下，含有丰富芘基团的COF_TP-py吸收光并产生丰富的光电子，从而引入光栅调控机制。在光照下，光栅和化学栅的协同效应增强了化学晶体管在小分子识别时的电流响应。通过这种策略，该传感器可以在4分钟内能够区分糖尿病小鼠和健康小鼠的血清样本。光增强策略克服了化学晶体管在检测小分子或其他具有弱掺杂效应的物质方面的局限性，这可能使晶体管传感器成为生物学和医学应用中分子测定的通用平台。

复旦大学聚合物分子工程国家重点实验室、高分子科学系分别为第一、第二单位；复旦大学高分子科学系硕士生王乾坤、艾昭琳为共同第一作者；复旦大学魏大程研究员为通讯作者。复旦大学材料科学系、分子材料与器件实验室刘云圻院士、新加坡国立大学Andrew T. S. Wee院士、复旦大学高分子科学系系丁建东教授和俞麟教授等对本研究提供了支持。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委和复旦大学的资助。