背景介绍：

    新型光电子技术有望在临床诊断中发挥更重要的作用。近期，js3333线路检测中心班睿教授课题组联合南京大学赵伟伟教授课题组报道了一种基于生物调节的有机光电化学晶体管用于血清碱性磷酸酶的灵敏检测，相关成果以“Biological modulating organic photoelectrochemical transistor through in situ enzymatic engineering of photoactive gate for sensitive detection of serum alkaline phosphatase”为题发表在国际化学权威杂志Biosensors and Bioelectronics上（DOI: 10.1016/j.bios.2022.114752，中科院1区，IF=12.545）。

该研究在酶催化原位形成半导体CdS功能化调控栅极的基础上，建立了一种新型的有机光电化学晶体管 (OPECT) 检测血清碱性磷酸酶 (ALP) 水平的方法。如图1a所示，透明的氧化铟锡 (ITO) 玻璃被TiO₂纳米膜依次沉积，然后被Cd²⁺吸附。另一方面，如图1b所示，ALP能够催化硫代磷酸钠 (TP) 水解为正磷酸盐和硫化氢 (H₂S)，从而迅速与Cd²⁺发生反应，原位形成CdS增强的Ⅱ型异质结。由于OPECT的高灵敏度，如图1c所示，即使是少量CdS的产生也可以调控聚合物聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)通道，导致沟道电流 (I_D) 的放大。由于产生的CdS的数量直接由ALP决定，因此可以通过将CdS的增强效应转移到OPECT门控 (由灵敏的I_D信号) 来量化其活性。本研究的特点是OPECT检测血清碱性磷酸酶，而且还将成为未来OPECT调控和操作的一种新型传感分析方法。

研究的主要内容介绍：

图2. (a) TiO₂的SEM表征及 (b) 相应的元素分布表征。(c) ITO@TiO₂ (黑色曲线)、ITO@TiO₂@Cd²⁺ (蓝色曲线) 和ITO@TiO₂@CdS (红色曲线) 的XPS表征。(d) 对应样品的UV-vis DRS。(e) 对应样品的PEC响应。(f) Ⅱ型TiO₂/CdS异质结的光激发电荷转移路径。(g) 制备好的OECT器件的I_D-V_G曲线。(h) 相应的I_D-V_D曲线。(i) OECT器件的稳定性表征。

图3. (a) 未经 (实线) 和光处理 (虚线) 的ITO@TiO₂@Cd²⁺ (蓝线) 和ITO@TiO₂@CdS (红线) 的I_D-V_G曲线。(b) 未经 (实线) 和光处理 (虚线) 的ITO@TiO₂@Cd²⁺ (蓝线) 和ITO@TiO₂@CdS (红线) 的I_D-V_D曲线。(c) 光照下ITO@TiO₂@Cd²⁺ (蓝线) 和ITO@TiO₂@CdS (红线) 的I_D响应。(d) 光处理下相关的I_G (红线) 和I_D (黑线)。(e) I_D-step/I_G-step对应比值。(f) OPECT生物传感器的双电层分布。初始态ITO@TiO₂@Cd²⁺ (g) 无光和 (h) 有光照明，初始态 (i) ITO@TiO₂@CdS的OPECT工作原理。

小结：

  在这项研究中，研究团队提出了一种基于OPECT生物调节的光电检测血清ALP水平的方法。具体来说，以依赖于ALP的CdS生成为例，酶原位催化形成的半导体水平允许灵敏地进行栅极调控聚合物PEDOT:PSS通道，其结果可与由放大电流信号转导的ALP水平相关。在ALP检测中，该方法展现了优异的性能，且在实际血清样品中具有良好的可行性。鉴于这种光电分析技术的潜力以及各种栅极材料和生物催化反应之间丰富的相互作用，这项工作有望用于构建与酶相关的OPECT检测方法。总之，本研究不仅提出一个检测ALP水平的光电平台，而且为开发酶功能化的独特OPECT传感方法提供了全新的视角。

该研究得到了国家自然科学基金、贵州省科学技术基金、贵州省教育厅创新群体项目、贵州省高层次留学人才创新创业项目、js3333线路检测中心高层次人才引进科研启动经费项目等的资助。

文/图  班睿                复审/甄承 终审/王毓