近日，上海大學材料科學與工程學院朱波教授團隊在開發可于復雜生物環境中實時監測生物標志物的即用型OECT生物傳感器的相關研究中取得了重要進展，研究成果以“Ready-to-Use OECT Biosensor toward Rapid and Realtime Protein Detection in Complex Biological Environments”為題發表在國際化學一區頂刊《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，有機電化學晶體管（OECT）在檢測靈敏度上已達到實時熒光定量 PCR的水平，具備即時檢測（POCT）能力，因而在生物傳感領域得到了廣泛關注。然而，OECT 在復雜生物樣本中的應用仍面臨非特異性結合的問題，進而導致檢測信號失真或假陽性結果。傳統的牛血清白蛋白（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，同時封閉劑的帶電性及批次差異會影響傳感器的性能。此外，BSA 會因阻塞離子進出溝道而無法用于封閉溝道界面的非特異性作用位點，限制了 OECT 僅能在離線檢測模式下應用。因此，開發一種兼具抗污染性、快速檢測與高性能的即用型新型 OECT 生物傳感器，成為突破OECT 在POCT 實際應用瓶頸的關鍵需求。因此，如何保持器件性能前提下實現對樣本快速原位檢測必須的優異抗污性能，是當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），構建了一種本征抗污染的OECT生物傳感器。該材料通過內鹽結構實現超親水性和電中性平衡，經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，保證了器件在復雜生物環境中的運行穩定性（如圖2（a）和（b）所示）。與傳統BSA封閉法導致的性能劣化不同，PEDOT-PC憑借混合電子-離子導電機制，在提升跨導的同時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實現了對C反應蛋白（CRP）的超靈敏檢測（最低檢測限0.11 pg/mL），創造了蛋白質檢測的最快速度（≤60秒），并且在高濃度干擾物蛋白的存在下，仍能保持對CRP精準的實時監測能力（如圖2（d）所示）。這種本征防污的OECT生物傳感器為在復雜生物環境中快速準確地檢測蛋白質生物標志物提供了一個有價值的平臺，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用。（a）熒光標記實驗顯示兩性離子界面顯著抑制非特異性蛋白吸附；（b）兩性離子器件在復雜生物環境中展現出運行穩定性；（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C反應蛋白的實時、快速、特異性檢測。

本研究是該團隊近期在兩性離子防污應用方面的最新進展之一，得到了國家自然科學基金（22175111、21474014和21704013）的資助。該團隊致力于仿生抗污材料的設計與應用，重點研究其在醫療設備、生物電子器件和柔性可穿戴設備中的應用。研究方向集中于材料設計及其功能賦能，目標是實現醫用器械、醫療設備、生物電子器件和柔性可穿戴設備在復雜應用場景中的無縫銜接與臨床應用。近年來，團隊開發了具有卓越抗生物污損性能（Nature Communications, 2014, 5, 4523）及電響應耦合特性的仿生導電高分子材料（Advanced Functional Materials, 2018, 28, 1703890），有效抑制了生物電極在長期植入過程中出現的生物污損和免疫炎癥反應；通過研究仿生抗污高分子材料結構與生物抗污、電化學穩定性之間的協同關系（Journal of Materials Chemistry B, 2021, 9, 2717–2726），以及開發植入電極防污絕緣封裝技術（Applied Surface Science, 2023, 621, 156902，RSC Applied Interfaces, 2025, 2, 496-507），保證了材料和器件在長期植入中的機械和防污功能穩定性；此外，還開發了具有高抗生物污損性能的仿生有機電化學晶體管陣列（Chemical Engineering Journal, 2024, 483, 148980），以及在血液接觸生物醫學設備涂層方面取得的重要進展（Advanced Science, 2025, 2502411）。

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

審核編輯 黃宇