超高灵敏度半导体光电生物传感器

近日，西安电子科技大学微电子学院郝跃院士团队在《生物传感器与生物电子学》（Biosensors and Bioelectronics）上发表研究成果，报道了团队研制的超高灵敏度半导体光电生物传感器。

蓝藻水华的爆发长期以来无法得到有效控制，一旦到爆发，湖区生态系统将遭受严重破坏，其分泌的微囊藻毒素（MC-LR）更是一种剧毒物质，将会对生命体造成不可逆的损伤。据统计，单是太湖一例，从2007年蓝藻大爆发开始已经陆续投入500亿治理，到目前依然收效甚微。要想有效控制蓝藻水华的爆发，需要在蓝藻缓慢生长的初级阶段进行，一旦其进入指数生长期便难以控制。因此，开发超高灵敏度MC-LR检测传感器，实现对蓝藻缓慢生长期的探测具有至关重要的作用。

Fig. 1. the significance of the blue-green algae detection and crubing in the slow growth stage.

课题组针对这一问题研究开发了一款基于BiVO4/2D-C3N4/DNA适配体半导体光电生物传感器，所设计的传感器检测上限达到4.191×10-8 μg/L，是现有文献报道中针对MC-LR检测灵敏度最高的传感器。比行业标杆美国Luminex公司的商用MC-LR检测传感器灵敏度高两个数量级。

从对比青海湖、太湖、巢湖、滇池水样中的MC-LR检测结果来看，团队设计的传感器与第三方检测机构采用的商用设备测试结果一致，并且首次在清澈的青海湖中检测到MC-LR，之前未见报道过在可观测到微量蓝藻的青海湖中检测出MC-LR。结果表明，广泛应用的可行性得到认证。

同时，研究发现该传感器在更换Hg2+、多巴胺、四环素所对应的DNA适配体后，仍然可以实现对上述三种物质的超高灵敏检测。研究结果进一步证实了BiVO4/2D-C3N4/DNA适配体半导体光电生物传感器具有普适性，未来可期在多种环境污染物检测、肿瘤标志物检测和医学无创检测等超痕量检测领域发挥重要作用。

Fig. 2. characterization of sensitivity and specificity of the PEC/DNA aptamer sensor.

Fig. 3. Sensitive detection of microcystin-LR in lakes and the detection of other biological substances

(Hg2+, tetracycline, dopamine).

Fig. 4. Graphical Abstract for Biosensors and Bioelectronics.

据悉，该研究成果由敖金平教授、补钰煜副教授课题组与戴显英教授课题组合作完成，也是西电首次在生物传感器和生物电子器件领域的国际顶级期刊发表研究成果。论文作者李阳博士，通讯作者补钰煜副教授和戴显英教授。

论文信息：Y. Li, Y. Bu*, F. Jiang, X. Dai*, J.-P. Ao, Fabrication of ultra-sensitive photoelectrochemical aptamer biosensor: Based on semiconductor/DNA interfacial multifunctional reconciliation via 2D-C3N4, Biosens. Bioelectron. (2019) 111903. doi:https://doi.org/10.1016/j.bios.2019.111903. 《Biosensors and Bioelectronics》（生物传感器与生物电子学），2018年影响因子9.518 （在分析化学和传感器领域，该期刊影响因子排名第一），是中科院SCI一区TOP期刊。