在生命体里头，有一些跟健康相关的标志物的丰度，尤其是在某些疾病的早期阶段，常常是很低的。在复杂的生物液体当中，对痕量标志物进行检测的时候，会受到大量背景物质的干扰。所以说，达成生物液体里的精准检测，对于生物研究、精准医疗以及疾病早期诊断而言分子科学与工程，有着重要的意义。

近日，由复旦大学高分子科学系，聚合物分子工程国家关键重点实验室魏大程课题组所研发的、一种构建于“分子机电系统”（）基础之上的晶体管传感芯片。该成果凭借“在未进行扩增的样本里头迅速、超乎寻常灵敏地实现针对诸多离子、生物分子以及新冠病毒RNA一系列的机电检测”（Rapid and of ions, and SARS-CoV-2 RNA in ）这一主题项目，在《自然生物医学工程》（ ）上予以发表。

據介紹，在智能傳感應用領域，此前，微機電系統（MEMS）把微米級機械組件跟微電子芯片集成化，把機械、化學、生物等信號轉換成電信號，具備高集成、價格低廉等特性，已然實現了廣泛的商業應用。納米機電系統（NEMS）把組件尺寸進一步縮小到納米量級，在降低成本、體積以及功耗的同時大幅度提高了靈敏度，經由與場效應晶體管等功能元件的集成實現了生物傳感應用 。

但是，和微/纳米机电系统相比较而言，生物体针对某些环境信号的响应进程是由一些生物分子精确操控的，通常具备高于人工系统的传感性能 ，所以，研发具有更高精准度的机电系统对于达成痕量生物标志物检测有着重要意义 。

魏大程课题组长久以来专心致力于钻研新型晶体管材料、器件以及它们在生物、化学和光电传感等领域的运用。他们所提出的“分子机电系统”也就是被形容为，一种借助DNA分子自组装而形成的，依靠外电场来产生驱动作用，能够精确把控分子识别以及信号转化进程的微型装置呈现在图1之中。借助把分子机电系统装配到石墨烯场效应晶体管上面，它的刚性底座对避免污染物的非特异性吸附有着帮助；外电场促使柔性适配体悬臂出现运动，让传感进程更加靠近晶体管沟道，明显提高了灵敏度。在缓冲溶液里，实现了金属离子（Hg2+）灵敏检测，在生物液体之内，达成了金属离子（Hg2+）超灵敏检测，还实现了蛋白质（）超灵敏检测，也实现了生物小分子（ATP）超灵敏检测，并且实现了新冠病毒核酸（RNA和cDNA）超灵敏检测。检测新冠病毒核酸样本时，不需要复杂耗时的核酸提取过程，检测新冠病毒核酸样本时，不需要复杂耗时的核酸扩增过程，其检出限最低能达到10～20拷贝每毫升，检测时间小于4分钟，比现有的新冠核酸PCR检测方法更优。

图1，(a)是微/纳米机电系统的示意图，(b)为分子机电系统的示意图，(c-e)是基于分子机电系统的晶体管传感器及芯片的图片，(g-f)是传感芯片的共聚焦荧光显微镜和原子力显微镜表征的图片。

在与微/纳米机电系统相对比的局面下，分子机电系统达成了针对传感过程更为精准的调控行为，给构筑高精度人造功能系统这一事项、实现痕量生物标志物检测应用这一情况提供出了全新的思路。

关于该科研成果方面，有这样一系列情况，复旦大学聚合物分子工程国家重点实验室是论文第一单位，高分子科学系是论文第二单位起步网校，复旦大学魏大程主持了此研究项目，复旦大学王丽倩博士、王学军博士、吴云根博士生、郭明权博士是共同第一作者，复旦大学刘云圻院士、谢幼华教授以及上海交通大学樊春海院士等参与了该研究分子科学与工程，并且该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委，于复旦大学和聚合物分子工程国家重点实验室的共同支持 。

图2. 魏大程课题组合影。

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论文链接：

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