近日，贵州师范学院班睿教授团队联合国家海洋局第一海洋研究所鞠鹏及南京大学赵伟伟团队通过将生物刻蚀与有机光电化学晶体管结合，制备了一种具有高选择性和灵敏度的生物传感器。相关成果在分析化学领域顶级期刊Analytical Chemistry（中科院1区，IF=8.008）上发表题为“Alkaline Phosphatase-Mediated Bioetching of CoOOH/BiVO4 for Signal-On Organic Photoelectrochemical Transistor Bioanalysis”的研究论文。贵州师范学院为该工作的第一完成单位和通讯单位。
近年来，光电化学生物分析得到了快速发展，包括光活性材料的筛选、生物界面的构建、信号转导机制的探索以及应用场景的扩展。然而，一个主要问题仍然集中在他们无法实现信号放大。这就是为什么现有的光电化学生物分析通常利用特定的酶或DNA途径进行信号放大。光电化学生物分析和晶体管之间的协同作用已成为实现这一目标的创新方法。特别是新兴的有机光电化学晶体管生物分析，它将光电化学生物分析与有机电化学晶体管相结合，可实现对生物事件过程的目标分子进行天然信号放大。在有机光电化学晶体管中，通过生物事件影响栅极电压，进而实现对沟道电流的调控，这一过程实现了生物事件、光电化学转换和晶体管信号放大之间的互联，使得设计更加精细的有机光电化学晶体管策略成为可能。最近的大量研究报道（如Small Struct. 2021, 2, 2100087、ACS Sens. 2022, 7, 2788–2794、Biosens. Bioelectron. 2022, 218, 114572、Biosens. Bioelectron. 2022, 217,114700、Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2109046、Adv. Funct. Mater. 2022, doi: 10.1002/adfm.202211277等）已证实了有机光电化学晶体管生物分析是一种具有广阔应用前景的生物传感分析方法。
生物蚀刻是一种有效的生物制造方法，通过生化作用过程产生的生物活性物质使材料解离。基于生物刻蚀过程的普适性和高效率，其在OPECT传感器的构建上具有较大的潜力。本项研究工作以ALP酶标记的HIgG靶向夹心免疫分析法和ALP酶介导的CoOOH/BiVO4栅极生物蚀刻为模型，ALP酶催化生成的抗坏血酸可以蚀刻CoOOH纳米片，达到调控栅极电压的目的。
图1. (a) 在96-孔板中ALP标记的夹心免疫过程制备抗坏血酸，用于制备的CoOOH/BiVO4的生物蚀刻，(b) 有机光电化学晶体管结构示意图，(c) 有机光电化学晶体管生物分析调控机制。图片来源：Anal. Chem.
由于独特的设计，生物蚀刻CoOOH/BiVO4栅极不仅可以为电解质接触提供更多的BiVO4表面，还可以增强其光吸收。集成的有机光电化学晶体管系统的转移特性可以敏感地反映生物蚀刻CoOOH/BiVO4栅极的演变，这可以通过对晶体管沟道部分聚合物薄膜电导率的调控来表明。由于沟道电流的可以与目标物浓度相关联，因此可以实现有机光电化学晶体管免疫分析，并具有令人满意的性能。这项研究的特点是第一个基于生物蚀刻的有机光电化学晶体管生物分析，我们预计它可以引起更多的关注，以开发不同的生物蚀刻策略和先进的有机光电化学晶体管行为。
图2. (a) 沟道电流对不同浓度 HIgG 的瞬态响应， (b) 目标物相关的线性回归曲线， (c) 传感器的选择性分析。图片来源：Anal. Chem.
该研究工作得到了国家自然科学基金（22264008，82060714,和22174063）、贵州省科学技术基金(ZK[2022]327)、贵州省教育厅创新群体项目([2021]021)等的资助，在此表示感谢！
论文信息：
https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c04447
Alkaline Phosphatase-Mediated Bioetching of CoOOH/BiVO4 for Signal-On Organic Photoelectrochemical Transistor Bioanalysis
Rui Ban*, Cheng-Jun Li, Yi-Tong Xu, Yu-Yue Zhu, Peng Ju*, Yu-Mei Li, Hai-Jun Du, Jin Hu, Guangxu Chen, Peng Lin, and Wei-Wei Zhao*
Anal. Chem., 2022, DOI: 10.1021/acs.analchem.2c04447
文/图/班睿 初审/甄承 复审/王毓