image: 超灵敏光学免疫分析平台的示意图，该平台由两个关键模块组成：一个是所构建的高灵敏度荧光夹心免疫体系以产生生物光信号，另一个是所制备的能够检测极低光信号的超高增益光电晶体管。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
来自湖南大学、中国科学院深圳先进技术研究院和合作机构的科学家团队推出了一种突破性的基于 MoS2 的光电晶体管，该晶体管在光增益和灵敏度方面创造了新记录。该设备在最近的一篇《科学公报》文章中进行了描述，能够检测仅包含数十个光子的光脉冲，并在室温下识别安摩尔（10-18 摩尔）浓度的疾病生物标志物。
光电晶体管的卓越性能是通过合理的设计实现的，该设计将单层二硫化钼 （MoS2） 集成在金纳米线 （Au NW） 上。这种配置利用等离子体效应和应变工程来显着增强光吸收和载流子注入。该器件的超短通道 （60 nm） 进一步缩短了载流子传输时间，从而实现了创纪录的 3.1 × 1011 的光学增益和 0.37 至 1.55 μm 的宽带灵敏度。
除了基本的光检测之外，该团队还通过开发超灵敏光学免疫测定 （USOIA） 平台展示了该设备的实际实用性。通过将光电晶体管与量子点纳米球和磁珠以夹心免疫测定形式相结合，该平台实现了对血清样本中低至 1.684 attomolar的 C 反应蛋白 （CRP）的检测——一种关键的炎症生物标志物。这种灵敏度比当前的金标准免疫测定高出七个数量级，动态范围跨越 12 个数量级。
USOIA 平台在缓冲液和稀释血清中也表现出优异的选择性、稳定性和可靠性，优于乳胶增强免疫比浊（LETIA）和化学发光免疫（CLIA）等成熟方法。该器件的稳健性能归功于等离子体增强光吸收、应变诱导的能带结构调制和高效光门控的协同效应。
据作者介绍，这种超高增益 MoS2 光电晶体管为生物传感、遥感、量子通信等领域的超灵敏光学检测开辟了新途径。其简单性、可扩展性以及与床旁检测的兼容性使其成为下一代诊断平台的有前途的候选者，能够通过痕量生物标志物定量进行早期疾病检测。