深圳大學(xué)物理與光電工程學(xué)院杜博文助理教授,在綜合類頂刊《National Science Review》(IF=17)上發(fā)表題為“Ultrasensitive optoelectronic biosensor arrays based on twisted bilayer graphene superlattice”的研究論文,報道了一種新型超靈敏光電子生物傳感器，該傳感器利用扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯（tBLG）的超晶格特性與等離激元共振效應(yīng)，實現(xiàn)了無需核酸擴(kuò)增的阿摩爾級生物分子檢測。

研究團(tuán)隊將9.4°扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯（tBLG）超晶格與金納米盤、CRISPR-Cas12a基因編輯技術(shù)通過DNA結(jié)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)集成，開發(fā)出阿摩爾級無擴(kuò)增石墨烯光電生物檢測芯片。平臺運(yùn)作基于CRISPR-Cas12a介導(dǎo)的反向切割機(jī)制：當(dāng)識別到目標(biāo)DNA時，Cas12a會切割DNA原型內(nèi)的單鏈DNA連接物，釋放金納米粒子并恢復(fù)原始介電環(huán)境，從而觸發(fā)信號變化。研究中，tBLG的角度可調(diào)范霍夫奇點（VHS）顯著提升了低光強(qiáng)下的光電轉(zhuǎn)換效率，而DNA折紙結(jié)構(gòu)則確保了各功能組件的精確定位，形成了信號傳導(dǎo)最優(yōu)化的生物-納米界面。這一混合平臺巧妙結(jié)合了CRISPR系統(tǒng)的分子特異性與tBLG的莫爾超晶格增強(qiáng)效應(yīng)，超越了傳統(tǒng)光學(xué)和電子傳感模式的局限，為多重生物檢測創(chuàng)建了一個可擴(kuò)展的框架，解決了超大規(guī)模診斷中的關(guān)鍵問題。

圖一: 展示了由金納米顆粒（AuNPs）、DNA折紙、金納米盤和扭曲雙層石墨烯（tBLG）組成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)以及檢測原理示意圖

在臨床驗證中，該傳感器在無需核酸擴(kuò)增的條件下，成功對肺癌組織樣本實現(xiàn)精準(zhǔn)檢測，其結(jié)果與定量PCR（qPCR）高度一致。傳感器檢測限達(dá)到阿摩爾級別，響應(yīng)時間短于1小時，并具備多重生物標(biāo)志物同步檢測能力，性能超越傳統(tǒng)檢測方法四個數(shù)量級。該平臺不僅靈敏度極高，也展現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性與可擴(kuò)展性，為復(fù)雜生物基質(zhì)中痕量生物標(biāo)志物的檢測提供了可靠工具，有望應(yīng)用于早期疾病篩查、動態(tài)監(jiān)測等多個臨床場景。

圖二: 低濃度下檢測結(jié)果驗證了器件的超高靈敏度

該論文深圳大學(xué)為第一完成單位和通訊作者單位，杜博文助理教授為與田曦麟博士生為共同第一作者，張晗教授、陳實教授和魏松瑞助理教授為共同通訊作者。

論文鏈接:

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

來源：鵬城優(yōu)才