科学家使用石墨烯片改进芯片实验室家庭诊断测试

来源:众壹云 发布日期:2021-11-03 11:25

快速检测 COVID-19 等传染病的传感器

伦敦帝国理工学院的研究人员改进了一种电子传感器,可用于快速检测 COVID-19 等传染病的传感器,被称为离子敏感场效应晶体管(ISFET),可以与电子设备以产生感染性被集成疾病测试可能对手的PCR测试的可靠性。他们也可能像横向流动测试一样快速执行,并提供在家 30 分钟的传染病健康测试。

目前 COVID-19 检测的黄金标准 PCR 检测必须送到实验室进行处理。快速的家庭替代方案,横向流动测试,提供快速的结果,但准确性较低。

ISFET 通过检测液体的 pH(酸度)变化来工作,可以集成到“芯片实验室”技术中,以便非常快速地在芯片上处理结果。然而,它们接触到的液体会改变它们的传感表面,这会导致“漂移”——输出信号的无法控制的、连续的和缓慢的变化,而不改变液体的酸度。

现在,帝国理工学院的研究人员在传感器中添加了一层石墨烯片——单层碳原子,比人的头发薄20 万倍,但比钢强 200 倍——并发现它可以将其漂移降低 50%。他们的新方法在其源头——传感表面——对抗传感器的化学不稳定性。这一点,再加上进一步的增强,可能是解决 ISFET 漂移的关键,允许新一代改良的表面传感器用于芯片实验室应用,如家庭疾病测试。

相应论文的第一作者,来自帝国理工学院电气和电子工程系的 Christoforos Panteli 博士说:“对可靠、快速的芯片实验室系统的需求非常高。我们的创新意味着表面改性的 ISFET 可能是一种新的并且可能更好的方法是针对传染病的高性能芯片实验室化学传感系统。”

电子传感

ISFET 可用于通过感测由病毒 RNA(如 SARS、CoV2 和寨卡病毒)引起的体液pH 值变化以及监测糖尿病患者的血糖水平来检测传染病。

在制造过程中,用于生产 ISFET 电子芯片的过程会在表面沉积一种对被测液体的 pH 值敏感的材料。该传感顶层在与液体接触时会发生变化,从而导致在传感器上发现实时化学漂移。

研究人员证明,修改表面是一种无需额外电路即可提高传感器性能的有效方法。

虽然石墨烯将性能提高了 50%,但研究人员表示,他们的改进方法可以进一步开发,以解决传感器的所有缺点。下一步将是提高将石墨烯转移到传感器表面的过程的质量。这将包括与工业界讨论可保持大规模低成本的沉积方法,并在实验室中开发这些方法。

“使用石墨烯片减少 CMOS ISFET pH 传感器的漂移”,Panteli 等人,发表在IEEE Sensors 2021 上。