近日，上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院朱波教授團(tuán)隊(duì)在開發(fā)可于復(fù)雜生物環(huán)境中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物標(biāo)志物的即用型OECT生物傳感器的相關(guān)研究中取得了重要進(jìn)展，研究成果以“Ready-to-Use OECT Biosensor toward Rapid and Realtime Protein Detection in Complex Biological Environments”為題發(fā)表在國(guó)際化學(xué)一區(qū)頂刊《ACS sensors》（影響因子8.3）。高分子材料系博士生張守燕為論文第一作者，高分子材料系朱波教授、電子信息系唐可老師，土耳其埃格Arzum Erdem教授為論文的通訊作者。

近年來，有機(jī)電化學(xué)晶體管（OECT）在檢測(cè)靈敏度上已達(dá)到實(shí)時(shí)熒光定量 PCR的水平，具備即時(shí)檢測(cè)（POCT）能力，因而在生物傳感領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。然而，OECT 在復(fù)雜生物樣本中的應(yīng)用仍面臨非特異性結(jié)合的問題，進(jìn)而導(dǎo)致檢測(cè)信號(hào)失真或假陽性結(jié)果。傳統(tǒng)的牛血清白蛋白（BSA）封閉法雖能抑制界面的非特異性作用，但其操作繁瑣且耗時(shí)，同時(shí)封閉劑的帶電性及批次差異會(huì)影響傳感器的性能。此外，BSA 會(huì)因阻塞離子進(jìn)出溝道而無法用于封閉溝道界面的非特異性作用位點(diǎn)，限制了 OECT 僅能在離線檢測(cè)模式下應(yīng)用。因此，開發(fā)一種兼具抗污染性、快速檢測(cè)與高性能的即用型新型 OECT 生物傳感器，成為突破OECT 在POCT 實(shí)際應(yīng)用瓶頸的關(guān)鍵需求。因此，如何保持器件性能前提下實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本快速原位檢測(cè)必須的優(yōu)異抗污性能，是當(dāng)前研究亟待解決的重要問題。

本研究基于兩性離子磷酸膽堿功能化聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT-PC），構(gòu)建了一種本征抗污染的OECT生物傳感器。該材料通過內(nèi)鹽結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)超親水性和電中性平衡，經(jīng)過柵極和溝道同步修飾后，顯著抑制了界面的非特異性蛋白吸附作用，保證了器件在復(fù)雜生物環(huán)境中的運(yùn)行穩(wěn)定性（如圖2（a）和（b）所示）。與傳統(tǒng)BSA封閉法導(dǎo)致的性能劣化不同，PEDOT-PC憑借混合電子-離子導(dǎo)電機(jī)制，在提升跨導(dǎo)的同時(shí)有效降低了工作電壓（如圖2（c）所示）。并且，該器件通過鈣離子介導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了對(duì)C反應(yīng)蛋白（CRP）的超靈敏檢測(cè)（最低檢測(cè)限0.11 pg/mL），創(chuàng)造了蛋白質(zhì)檢測(cè)的最快速度（≤60秒），并且在高濃度干擾物蛋白的存在下，仍能保持對(duì)CRP精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力（如圖2（d）所示）。這種本征防污的OECT生物傳感器為在復(fù)雜生物環(huán)境中快速準(zhǔn)確地檢測(cè)蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物提供了一個(gè)有價(jià)值的平臺(tái)，為POCT診斷提供了可靠且高效的解決方案。

圖2、兩性離子OECT的抗污性能與生物傳感應(yīng)用。（a）熒光標(biāo)記實(shí)驗(yàn)顯示兩性離子界面顯著抑制非特異性蛋白吸附；（b）兩性離子器件在復(fù)雜生物環(huán)境中展現(xiàn)出運(yùn)行穩(wěn)定性；（c）兩性離子PEDOT修飾OECT顯著提升器件性能；（d）兩性離子OECT在高濃度干擾物蛋白存在下，對(duì)C反應(yīng)蛋白的實(shí)時(shí)、快速、特異性檢測(cè)。

本研究是該團(tuán)隊(duì)近期在兩性離子防污應(yīng)用方面的最新進(jìn)展之一，得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（22175111、21474014和21704013）的資助。該團(tuán)隊(duì)致力于仿生抗污材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，重點(diǎn)研究其在醫(yī)療設(shè)備、生物電子器件和柔性可穿戴設(shè)備中的應(yīng)用。研究方向集中于材料設(shè)計(jì)及其功能賦能，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)醫(yī)用器械、醫(yī)療設(shè)備、生物電子器件和柔性可穿戴設(shè)備在復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景中的無縫銜接與臨床應(yīng)用。近年來，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了具有卓越抗生物污損性能（Nature Communications, 2014, 5, 4523）及電響應(yīng)耦合特性的仿生導(dǎo)電高分子材料（Advanced Functional Materials, 2018, 28, 1703890），有效抑制了生物電極在長(zhǎng)期植入過程中出現(xiàn)的生物污損和免疫炎癥反應(yīng)；通過研究仿生抗污高分子材料結(jié)構(gòu)與生物抗污、電化學(xué)穩(wěn)定性之間的協(xié)同關(guān)系（Journal of Materials Chemistry B, 2021, 9, 2717–2726），以及開發(fā)植入電極防污絕緣封裝技術(shù)（Applied Surface Science, 2023, 621, 156902，RSC Applied Interfaces, 2025, 2, 496-507），保證了材料和器件在長(zhǎng)期植入中的機(jī)械和防污功能穩(wěn)定性；此外，還開發(fā)了具有高抗生物污損性能的仿生有機(jī)電化學(xué)晶體管陣列（Chemical Engineering Journal, 2024, 483, 148980），以及在血液接觸生物醫(yī)學(xué)設(shè)備涂層方面取得的重要進(jìn)展（Advanced Science, 2025, 2502411）。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1021/acssensors.4c03072

審核編輯 黃宇