基于有机薄膜晶体管与有机电化学晶体管的生物传感器研究进展

来源期刊：材料导报2019年第7期

论文作者：冯晓倩 顾文 张霞 蒋浩

文章页码：1243 - 1250

关键词：生物传感器;有机薄膜晶体管;有机电化学晶体管;灵敏度;

摘    要：生物传感器是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等多种学科互相渗透成长起来的高新技术,在国民经济的各个领域如食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面有着重要应用。生物传感器选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低,可在复杂的体系中进行在线连续监测,特别是具有高度自动化、微型化与集成化的特点,其在近几十年获得了蓬勃而迅速的发展。在生物传感器领域,有机电子器件具有广阔的应用前景,特别是在低成本、一次性、便携、柔性弯曲等方面,有机电子器件显示出无可比拟的优势。在有机电子学领域,引起广泛关注和研究的包括有机薄膜晶体管（Organic thin film transistors,OTFTs）生物传感器和有机电化学晶体管（Organic electrochemical transistors,OECTs）生物传感器两种技术。其中,OTFTs生物传感器采用全固态薄膜制备,由于其制备工艺简单且可与传统半导体加工工艺相兼容,因而方便集成。此外,OTFTs生物传感器的检测单元多样化,不仅限于有机半导体层,其栅极和源漏电极都可用作生物检测。目前,在该生物传感器中已成功应用的高性能有源层材料有并五苯（Pentacene）、聚（3-己基噻吩）（P3HT）和聚苯胺（PANI）等。研究工作包括DNA表面固定方法改进、传感器结构设计与灵敏度优化、新型扩展栅极结构等。由于大多数检测在非溶液体系中进行,其检测的便捷性和灵敏度受到了一定限制。为了解决溶液体系下的检测问题,OECTs生物传感器被提出。该传感器不仅具有工作电压低（一般小于1 V）、电化学活性强以及可在溶液环境下工作等优点,而且其沟道与栅极的距离可按需调节。OECTs生物传感器的出现为发展高灵敏、高特异性的生物分析检验方法注入了活力。目前,OECTs生物传感器已成功应用于脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid,DNA）、抗原和细菌等物质的检测。虽然微流控系统的OECT传感器阵列也已成功检测葡萄糖和乳酸,但考虑到其实际制备过程以及检测环境,OECTs传感器在集成方面的发展较为困难。本文归纳了基于OTFTs和OECTs两种类型生物传感器技术及其发展现状。根据检测物质分类,本文对两种生物传感器在葡萄糖、DNA、抗体抗原、细胞、多巴胺等生物检测应用中进行了详细描述,介绍了其传感机制和检测能力。预计随着有机电子技术的发展,有机晶体管将会在生物检测方面发挥更为重要的作用。