石墨烯场效应晶体管生物传感器实现对乳糖的高灵敏检测

乳糖是乳制品中主要组成成分，其含量的测定在乳制品等食品加工与质量控制领域非常重要。另外，为了满足乳糖不耐受人群对钙和优质蛋白质的营养需求，系列无乳糖动物乳替代品及食品不断被开发，为确保无乳糖产品的安全性及乳糖不耐症患者的健康饮食，对食品及饮品中乳糖的测定有着迫切的需求。

目前检测乳糖的方法主要有气相色谱法、超高效液相色谱-串联质谱法和核磁共振法等。然而，这些方法大多需要昂贵的设备和复杂的取样过程，开发操作简便，高灵敏度的乳糖检测技术已成该领域的关注重点。

基于此，日本科学家制备了一种基于金纳米颗粒修饰石墨烯(Au NPs)的场效应管(FET)生物传感器，可对低浓度的乳糖进行高灵敏检测，具有较大的临床应用价值。

石墨烯场效应晶体管生物传感器以电子检测为手段，具有无需标记、灵敏度高、轻巧方便、携带方便、能与现代微电子技术联用、易于实现微型化和集成化等优点，近年来，在基因、蛋白、细胞、病原微生物等检测方面得到了极大的应用。

该石墨烯装置由人半乳糖凝集素-3(hGal-3)蛋白的碳水化合物识别结构域(CRD)功能化，通过凝集素-多糖亲和结合在石墨烯上的供体效应检测乳糖的存在。

该传感器能够在1?fM-1pM(10^-15~10^-12??L^-1)的动态范围内对乳糖浓度进行有效响应，检测下限为200aM，比以往的电化学石墨烯器件有了显著的提高。而且这种石墨烯场效应晶体管生物传感器对aM浓度下的乳糖也具有高灵敏度，研究人员认为，该生物传感器原则上可以专门检测非常低浓度的任何碳水化合物。

这项研究表明，凝集素和石墨烯FET(G-FET)组合传感器在疾病诊断中具有高灵敏度和特异性地检测碳水化合物的潜力，将在临床疾病诊断方面发挥重要作用。

参考文献：Eric Danielson, et al. Non-enzymatic and highly sensitive lactose detection utilizing graphene field-effect transistors. Biosensors and Bioelectronics, 2020.DOI：10.1016/j.bios.2020.112419