Биосенсоры на полевых транзисторах с затвором по электролиту: высокая чувствительность и обнаружение в реальном времени в здравоохранении, безопасности пищевых продуктов и экологическом мониторинге

Спрос на чувствительные и селективные электронные биосенсоры — аналитические устройства, мониторящие цель интереса в реальном времени — растет для широкого спектра применений. Они идеальны для здравоохранения в клинических настройках, открытия лекарств, безопасности пищевых продуктов и контроля качества, и экологического мониторинга.

Электронные биосенсоры привлекательны благодаря своей простоте, короткому времени анализа, низкой стоимости фабрикации, минимальной подготовке образца и потенциалу использования в поле неподготовленным персоналом.

Исследователи Свободного университета Бозена-Больцано и ETH Zürich обзорят научные достижения биосенсоров на полевых транзисторах с затвором по электролиту на углеродных нанотрубках (EG-CNTFET). Эти устройства характеризуются превосходными электронными свойствами и внутренним усилением сигнала и способны обнаруживать широкий спектр биомолекул с высокой чувствительностью.

Одной из главных компонентов биосенсора является его биорекогниционный элемент — такие как ферменты, антитела, аptaмеры или ионоселективные мембраны — который селективно распознает аналит (вещество, чьи химикалии измеряются и идентифицируются) интереса. Биотрансдукционные устройства конвертируют взаимодействие между биорекогниционным элементом и аналитом в измеримый электрический сигнал.

«Биосенсоры, использующие (полевые транзисторы) как биотрансдукционные элементы, являются одними из самых перспективных устройств для биосенсорных применений, потому что они уже доказали высокие чувствительности к нескольким аналитам до пикомолярной концентрации», — сказал Маттия Петрелли из Свободного университета Бозена-Больцано. «Среди всех возможных материалов, которые могут быть использованы для FET-основанных биосенсоров, полупроводниковые углеродные нанотрубки интересны, потому что они имеют благоприятные электрические и химические свойства».

Организуя эти биосенсоры с разными биорекогниционными элементами, «можно достичь селективного обнаружения разных аналитов, таких как биомолекулы, онкомаркеры, бактерии и ионы, чтобы назвать только несколько», — сказал Петрелли. «Несмотря на отчеты, демонстрирующие потенциальный перевод этих биосенсоров в реальные приложения, вызовы должны быть преодолены перед тем, как они станут коммерчески доступными».

EG-CNTFET-основанные биосенсоры в настоящее время способны обнаруживать только один аналит за раз. Разные интерфейсы внутри сложных сред, таких как кровь, пот или слюна, также делают обнаружение специфических сигналов сложным.

«Это ограничивает применимость этих биосенсоров для реальных жизненных приложений», сказал Петрелли. «Селективность устройства должна быть тщательно оценена против всех возможных интерферирующих агентов, особенно в сложных средах обнаружения. Как только эти вызовы будут преодолены, мы сможем представить эти биосенсоры, внедренные для разнообразных приложений в ближайшем будущем».