碳基场效应晶体管（FET）生物传感器因其具有高灵敏度、响应迅速、低功耗及易集成等优异特性，在即时检测（POCT）领域具备极高的应用价值与广阔前景。然而，该类传感器从实验室研究走向稳定可靠的体外诊断实用工具，需推动研究范式从单纯追求极限灵敏度，转向兼顾长期稳定性、操作可靠性及规模化制造能力的综合性能提升。DNA纳米技术凭借其独特的原子级可编程特性，为碳基FET生物传感器的界面工程优化提供了全新解决方案，有助于实现传感界面的低成本构建、长期稳定性和高批次一致性。DNA纳米技术与碳基FET生物传感技术的协同融合，有望有效弥合实验室基础研究与大规模临床应用之间的技术鸿沟。
图1. 基于DNA纳米技术界面工程的碳基FET生物传感器的关键组成和应用领域
近日，北京大学电子学院张志勇教授-肖梦梦副研究员团队，系统梳理了DNA纳米技术在碳基FET生物传感器界面工程中的最新研究进展。团队对DNA纳米结构按维度进行了系统分类，深入剖析了不同维度DNA纳米结构在优化碳基FET生物传感界面、提升传感核心性能中的协同作用机制，重点阐释了DNA纳米技术在解决碳基FET生物传感器临床转化关键挑战中的潜在应用价值，为该领域后续的基础研究与产业化技术开发提供了全面、关键的参考依据。
DNA纳米技术凭借其原子级可编程特性，正推动FET生物传感器界面工程的重要变革。本综述阐明，通过对1维、2维和3维DNA纳米结构进行合理设计，可实现对界面生物探针密度、取向、均匀性及可及性的精确调控。该调控策略不仅有助于量化探针分布、揭示固-液界面杂交机制，更能从根本上提升生物传感的重复性与可靠性。此外，DNA纳米结构本身可作为天然抗污层，其表面负电荷通过静电排斥与空间位阻效应，有效减少非特异性吸附，从而增强器件的长期稳定性。同时，DNA纳米结构也为克服高离子环境下的德拜屏蔽效应提供了新策略，为碳基FET生物传感器从实验室走向POCT及未来智能疾病诊断所面临的挑战，提供了有效的解决方案。
图2. 基于DNA纳米技术的界面工程策略
图3. 碳基FET生物传感器技术路线图
上述综述成果以《碳纳米材料场效应晶体管生物传感器和基于DNA的生物界面工程》（“Carbon Nanomaterial Field-Effect Transistor Biosensors and DNA-Based Biointerface Engineering”）为题，于2026年2月16日在线发表于ACS Nano。该项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究重大专项等项目支持。论文第一作者为湘潭大学先进传感与信息技术研究院2023级博士研究生邓芳，北京大学电子学院碳基电子学研究中心肖梦梦副研究员、张志勇教授为论文共同通讯作者。未来，研究团队将继续围绕基于DNA纳米技术的碳基FET生物传感器界面工程创新策略展开研究，以期为解决领域现存挑战、推动行业高质量发展提供更多学术成果和技术支撑。
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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.6c01253
