2月27日消息，基于石墨烯的场效应晶体管传感器未来有望应用于遗传疾病的辅助诊断领域。来自印度以及日本的研究人员改进了一种基于石墨烯的传感器，并以此作为检测致病基因的新方法。该研究成果发表在了《Science and Technology of Advanced Materials》杂志上。

基于石墨烯的场效应晶体管（左）和用单链探针DNA覆盖的石墨烯的原子力显微镜图像（右）的示意图

2月27日消息，基于石墨烯的场效应晶体管传感器未来有望应用于遗传疾病的辅助诊断领域。来自印度以及日本的研究人员改进了一种基于石墨烯的传感器，并以此作为检测致病基因的新方法。该研究成果发表在了《Science and Technology of Advanced Materials》杂志上。

石墨烯场效应晶体管传感器（GFET）可以通过DNA杂交的方式来检测有害（缺陷）的基因，当“探针DNA”与“靶DNA”结合时，即为杂交反应。此时，晶体管内的电流会发生变化。

日本国家材料科学研究所的Nobuaka Hanagata和其同事通过干燥过程将探针DNA连接到晶体管上，改进了传感器。 这种新工艺代替了昂贵且耗时的的添加“接头”核苷酸序列方法，之前这种方法通常用于将探针连接到晶体管上。

该研究团队的制备的石墨烯场效应晶体管（GFET），由硅基底、石墨烯单原子层和钛-金电极三层结构组成。然后，他们将盐溶液中的DNA探针沉积到GFET上并使其逐渐干燥。研究人员发现，这种干燥过程可以将探针DNA直接固定在石墨烯表面，而不需要接头。然后将靶向DNA（也在盐溶液中）加入到晶体管中并培育4小时以进行杂交反应。

当探针和靶标结合时，可以检测到电传导的变化，这表明存在有害的靶基因。而当遇到非互补DNA时，传感器的传导性则没有改变。

DNA杂交通常采用用荧光染料标记靶标来检测，当荧光染料与其探针结合时，荧光染料会发光。但是这种方法需要复杂的标记过程，并且用激光扫描器来检测荧光强度也价格不菲。石墨烯场效应晶体管（GFET）可以使DNA分子杂交变得更便宜，更容易操作，并且更灵敏地替代以往检测遗传疾病的方法。

研究人员在《Science and Technology of Advanced Materials》期刊上发表文章最后总结道：“这种GFET元件可以在未来改进生物传感器应用领域，特别是在遗传疾病的检测中，得到进一步应用。

什么是DNA分子杂交

不同的DNA 片段之间，DNA 片段与RNA 片段之间，如果彼此间的核苷酸排列顺序互补也可以复性，形成新的双螺旋结构。这种按照互补碱基配对而使不完全互补的两条多核苷酸相互结合的过程称为分子杂交。

分子杂交（molecular hybridization）确定单链核酸碱基序列的技术。其基本原理是待测单链核酸与已知序列的单链核酸（叫做探针）间通过碱基配对形成可检出的双螺旋片段。这种技术可在DNA与DNA，RNA与RNA，或DNA与RNA之间进行，形成DNA-DNA，RNA-RNA或RNA-DNA等不同类型的杂交分子。

作为探针的已知DNA或RNA片段一般为30～50核苷酸长，可用化学方法合成或者直接利用从特定细胞中提取的mRNA。探针必须预先标记以便检出杂交分子。标记方法有多种，常用的为同位素标记法和生物素标记法。杂交方法又可分为液相杂交和固相杂交。