近日，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院電子學(xué)系/北京大學(xué)碳基電子學(xué)研究中心、納米器件物理與化學(xué)教育部重點實驗室孫偉研究員課題組及其合作者，探索了生物-碳納米管復(fù)合界面及大面積取向排列的調(diào)控新方法。相關(guān)研究成果以《核酸引導(dǎo)的高性能碳納米管晶體管的制備》為題，在線發(fā)表于《科學(xué)》。

該課題組基于DNA模板的高性能碳納米管晶體管研究取得的新成果，具有實現(xiàn)基于生物模板的大規(guī)模電子器件的潛力，同時也可應(yīng)用于未來的生物傳感器與驅(qū)動器。

Science官網(wǎng)論文截圖

生物自組裝結(jié)構(gòu)具有精細(xì)的三維形貌，其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)小于光刻等傳統(tǒng)納米加工手段的分辨率極限。利用自組裝生物分子作為加工模板，可以實現(xiàn)金屬材料、碳基材料、氧化物材料的可控形貌合成。

然而，此前基于此的電學(xué)器件的性能往往遠(yuǎn)落后于傳統(tǒng)方法制備的同類器件，且缺乏長程取向規(guī)整性，因而制約了生物模板在高性能器件中的應(yīng)用。

針對這一高性能電子器件和生物分子自組裝的交叉領(lǐng)域的難題，研究團隊以組裝于脫氧核糖核酸（DNA）模板的平行碳納米管（CNT）陣列作為模型體系，研究界面生物分子組成對器件性能的影響，開發(fā)了一種基于固定-洗脫策略的界面工程方法，在不改變碳管排列的基礎(chǔ)上，有效去除界面處的金屬離子及生物分子等雜質(zhì)。

經(jīng)過界面工程，基于生物模板的碳管陣列晶體管顯示了良好的開態(tài)性能和快速的電流開關(guān)切換，展現(xiàn)出了高精準(zhǔn)度生物模板在高性能晶體管領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

通過優(yōu)化DNA-CNT界面組成，構(gòu)筑基于核酸模板的高性能晶體管

基于空間限域效應(yīng)，研究團隊還發(fā)展了陣列取向排列的新方法，探討了決定取向排列精準(zhǔn)度的關(guān)鍵因素。

厘米級基底表面取向排列的大規(guī)模陣列

當(dāng)前方法具有構(gòu)建基于生物模板的大規(guī)模電子器件的潛力；進(jìn)一步結(jié)合光刻技術(shù)與嵌段共聚物定向組裝技術(shù)，高分辨生物制造可用于構(gòu)建大面積、小尺寸的高性能電子設(shè)備；同時，兼具電學(xué)特性與生物響應(yīng)特性的高性能電子-生物融合器件也可應(yīng)用于未來的生物傳感器與驅(qū)動器。
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