近日，北京大學信息科學技術學院電子學系/北京大學碳基電子學研究中心、納米器件物理與化學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-碳納米管復合界面及大面積取向排列的調控新方法。相關研究成果以《核酸引導的高性能碳納米管晶體管的制備》為題，在線發表于《科學》。

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，具有實現基于生物模板的大規模電子器件的潛力，同時也可應用于未來的生物傳感器與驅動器。

Science官網論文截圖

生物自組裝結構具有精細的三維形貌，其關鍵結構參數小于光刻等傳統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，此前基于此的電學器件的性能往往遠落后于傳統方法制備的同類器件，且缺乏長程取向規整性，因而制約了生物模板在高性能器件中的應用。

針對這一高性能電子器件和生物分子自組裝的交叉領域的難題，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上，有效去除界面處的金屬離子及生物分子等雜質。

經過界面工程，基于生物模板的碳管陣列晶體管顯示了良好的開態性能和快速的電流開關切換，展現出了高精準度生物模板在高性能晶體管領域的應用潛力。

通過優化DNA-CNT界面組成，構筑基于核酸模板的高性能晶體管

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

厘米級基底表面取向排列的大規模陣列

當前方法具有構建基于生物模板的大規模電子器件的潛力；進一步結合光刻技術與嵌段共聚物定向組裝技術，高分辨生物制造可用于構建大面積、小尺寸的高性能電子設備；同時，兼具電學特性與生物響應特性的高性能電子-生物融合器件也可應用于未來的生物傳感器與驅動器。
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