各種電子器件一直顯示出作為生物傳感器的潛力。近年來，人們對用于葡萄糖傳感的先進技術進行了廣泛的研究，例如光學傳感、電化學傳感和微波傳感。這些技術已經越來越多地用于監測糖尿病患者，但是它們存在著靈敏度低、不穩定和制造工藝復雜等缺點。電子技術可以幫助解決幾乎所有提到的問題。
據麥姆斯咨詢報道，近日，設拉子科技大學（Shiraz University of Technology）報道了一種基于場效應晶體管（FET）的高靈敏度柔性葡萄糖傳感器。結果表明，所開發的柔性晶體管可以用作新型無酶血糖測試條。合成的納米結構空心微球（rGO/CuO-NHS）沉積在叉指電極之間的柔性PET基底上，作為背柵晶體管的通道。優化了通道濃度和FET偏置電壓，使得傳感器表現出極低的檢測限和高靈敏度。與電阻式傳感器相比，本文所提出的基于FET的生物傳感器通過柵極的感應電場放大電流使其具有更高的靈敏度、更低的檢測限等優點。該柔性葡萄糖傳感器的靈敏度為600μA/μM，檢測限為1nM，具有高重現性、良好穩定性和高選擇性。該生物傳感器對真實血清樣品的高精度響應表明，其可以用作真實血液樣品中葡萄糖檢測的測試條。
在這項工作中，研究人員提出了一種用還原氧化石墨烯修飾的CuO空心球（rGO/CuO-NHS）作為通道的背柵FET（BGFET），以提高葡萄糖傳感器的選擇性、靈敏度和穩定性。本工作的新穎性在于使用具有納米結構殼的CuO空心球作為柔性襯底上背柵FET的通道，該納米結構殼通過rGO改性（就檢測極限和靈敏度而言）。結果證實了所提出的生物電子葡萄糖傳感器的高性能，其在不使用酶的情況下提供了所需的葡萄糖傳感參數。
柔性背柵葡萄糖傳感器示意圖：（a）晶體管模式；（b）電阻模式。
rGO/CuO-NHS BGFET傳感器制造工藝示意圖
研究人員提出的rGO/CuO-NHS BGFET葡萄糖傳感的工作原理可以基于化學反應和晶體管作用來解釋。在反應過程中，石墨烯納米片增強了葡萄糖氧化的電催化活性，進而產生更多的電子，并增加了通道的導電性，從而導致更高的FET電流。FET的柵極放大了產生的電流，使得與電阻器件相比，對于小濃度的葡萄糖可以讀取更高的電流。
rGO/CuO-NHS BGFET傳感器的傳感機制示意圖
BGFET傳感器可以測量0到1μM范圍內的葡萄糖濃度，并具有非常低（1nM）的檢測限。所制備的rGO/CuO-NHS FET表現出優異的傳感性能、高選擇性、靈敏度和穩定性。根據計算，FET對葡萄糖的靈敏度在0~1μM內約為600μA/μM。基于FET的生物傳感器對人血清樣本的響應在病理實驗室得到驗證，與商用設備非常一致。
柔性FET傳感器的實驗結果：（a）再現性、（b）重復性、（c）穩定性和（d）選擇性。
簡而言之，研究人員制備了一種基于rGO/CuO-NHS的柔性傳感器。PET襯底兩側的Ag電極已被用于設計背柵FET和電阻生物傳感器。混合材料用作FET的通道，FET用作葡萄糖敏感材料。在葡萄糖存在之前和之后測量晶體管和電阻生物傳感器的電特性。隨著葡萄糖濃度的增加，生物傳感器的電流增加。所制備的rGO/CuO-NHS FET表現出優異的傳感性能、高選擇性、靈敏度和穩定性。相信在不久的將來，憑借高精度和高選擇性，本文所提出的傳感器將被用于即時檢測（POCT）領域。
論文信息：
https://www.nature.com/articles/s41598-022-26287-8
延伸閱讀：
《即時診斷應用的生物傳感器技術及市場-2022版》
《糖尿病管理技術及市場-2022版》
