深圳大学：研发新型传感器，实现阿摩尔级生物分子精准检测

深圳大学物理与光电工程学院杜博文助理教授,在综合类顶刊《National Science Review》(IF=17)上发表题为“Ultrasensitive optoelectronic biosensor arrays based on twisted bilayer graphene superlattice”的研究论文,报道了一种新型超灵敏光电子生物传感器，该传感器利用扭转双层石墨烯（tBLG）的超晶格特性与等离激元共振效应，实现了无需核酸扩增的阿摩尔级生物分子检测。

研究团队将9.4°扭转双层石墨烯（tBLG）超晶格与金纳米盘、CRISPR-Cas12a基因编辑技术通过DNA结构进行精准集成，开发出阿摩尔级无扩增石墨烯光电生物检测芯片。平台运作基于CRISPR-Cas12a介导的反向切割机制：当识别到目标DNA时，Cas12a会切割DNA原型内的单链DNA连接物，释放金纳米粒子并恢复原始介电环境，从而触发信号变化。研究中，tBLG的角度可调范霍夫奇点（VHS）显著提升了低光强下的光电转换效率，而DNA折纸结构则确保了各功能组件的精确定位，形成了信号传导最优化的生物-纳米界面。这一混合平台巧妙结合了CRISPR系统的分子特异性与tBLG的莫尔超晶格增强效应，超越了传统光学和电子传感模式的局限，为多重生物检测创建了一个可扩展的框架，解决了超大规模诊断中的关键问题。

图一: 展示了由金纳米颗粒（AuNPs）、DNA折纸、金纳米盘和扭曲双层石墨烯（tBLG）组成的异质结构以及检测原理示意图

在临床验证中，该传感器在无需核酸扩增的条件下，成功对肺癌组织样本实现精准检测，其结果与定量PCR（qPCR）高度一致。传感器检测限达到阿摩尔级别，响应时间短于1小时，并具备多重生物标志物同步检测能力，性能超越传统检测方法四个数量级。该平台不仅灵敏度极高，也展现出良好的稳定性与可扩展性，为复杂生物基质中痕量生物标志物的检测提供了可靠工具，有望应用于早期疾病筛查、动态监测等多个临床场景。

   

图二: 低浓度下检测结果验证了器件的超高灵敏度

该论文深圳大学为第一完成单位和通讯作者单位，杜博文助理教授为与田曦麟博士生为共同第一作者，张晗教授、陈实教授和魏松瑞助理教授为共同通讯作者。

论文链接:

https://academic.oup.com/nsr/issue/12/10. 

来源：鹏城优才