北京大学研发新型生物传感器 用于筛查唐氏综合症

唐氏综合征是最常见、最高发的出生缺陷疾病，风险率达1/700；患儿因多了一条21号染色体而具有明显的智力和形体缺陷，给患儿及其家庭，乃至社会造成沉重负担。为了降低该病患儿出生率，我国要求对孕妇进行产前筛查，目前国内通用的方法为超声检查和孕妇血液标志物检测，存在准确率低、误诊率高的问题；而新兴的全基因测序的方法，不仅费用昂贵，且用时过长，难以在大范围推广，因此急需发展一种快速，低成本且准确率高的新型筛查方法。据麦姆斯咨询报道，近日，北京大学信息科学技术学院电子学系、纳米器件物理与化学教育部重点实验室张志勇教授课题组利用基于二硫化钼（MoS2）场效应晶体管（FET）的生物传感器，对新型唐氏综合征筛查方案展开探索，并取得重要进展。

 

课题组采用化学气相沉积（CVD）生长的大面积、高质量、均一的单层MoS2薄膜做沟道材料，所制备的FET阵列电学性能优越（电流开关比达106，亚阈值摆幅达70 mV/DEC）；与此同时，在FET沟道区域修饰金（Au）纳米颗粒，以连接DNA探针，通过Au和HS-离子的化合反应，将适当密度的脱氧核糖核酸（DNA）探针连接至金颗粒，该探针DNA就可以捕获溶液中的待测DNA，引起器件电流下降。在确认FET器件的时间稳定性良好后，进行以21号染色体标志性片段为待测物的DNA静态反应，并测试器件电学性质改变；结果表明，器件可实现0.1 fM/L的超高检测精度和240%的最大响应率，综合这两项指标，为迄今公开报道的FET DNA传感器的最佳结果。在DNA干扰物测试中，器件同样表现出高度特异性；实时测试表明，器件能够连续区分出1 fM/L～1 pM/L的待测DNA，反应时间仅为400 s。此外，运用相同的实验方案测试参考DNA（13号染色体）片段，通过比较所测得21号染色体和13号染色体的浓度，即可判断是否存在21号染色体的过表达，从而推断胎儿21号染色体数目是否异常，最终实现唐氏综合征的无创产前检测。

基于这项工作的学术论文《针对唐氏综合征筛查的单层二硫化钼场效应晶体DNA传感器》（Ultrasensitive monolayer MoS2 field-effect transistor based DNA sensors for screening of Down syndrome）于2019年2月13日在线发表于《纳米快讯》（Nano Letters）；电子学系2016级硕士研究生刘静遐、国家卫生和计划生育委员会科学技术研究所助理研究员陈西华、中国科学院物理研究所2017级博士研究生王琴琴为共同第一作者，张志勇和中国科学院物理研究所张广宇研究员为通讯作者。美国化学会官网以《灵敏传感器检测唐氏综合征DNA》（Sensitive sensor detects Down syndrome DNA）为题，作为最新热点推介。

以上研究得到国家重点研发计划、国家重大科学研究计划、国家自然科学基金等资助；DNA材料和单层MoS2材料分别由陈西华和张广宇课题组提供。