通过静电纺丝技术制备纳米纤维OECT生物传感器：以极低的材料用量提升稳定性和灵敏度

《IEEE Sensors Journal》：Nanofiber OECT Biosensors via Electrospinning: Boosting Stability and Sensitivity With Ultralow Material Use

本研究提出了一种基于电纺法的OECT生物传感器制备策略，通过低材料消耗（<1 μL聚合物溶液）实现大面积（>3 cm2）纳米纤维活性层，显著提升器件性能与稳定性（5000次循环电流衰减<5%），3D离子扩散结构加速响应并增强灵敏度，经葡萄糖浓度范围验证确认优异传感特性。

　　

摘要：

有机电化学晶体管（OECTs）由于其高电导率、低工作电压（<1伏）和生物相容性，成为生物传感领域的理想平台。本研究介绍了一种多功能、材料利用率高的电纺制备策略，用于基于OECTs的生物传感器，制备出性能更优、稳定性更好的器件。该工艺能够制备出大面积（>3平方厘米）的纳米纤维活性层，且表面光滑，同时所需聚合物混合溶液的用量极低（每个器件仅需<1-微升）。关键在于，电纺制备的OECTs具有优异的工作稳定性，在5000次开关循环（>50,000秒）后电流衰减仍很小，远优于传统的薄膜基器件。纤维结构所具有的三维离子扩散路径加快了响应速度并提高了灵敏度。通过使用不同浓度的葡萄糖溶液进行系统验证，证实了其出色的生物传感性能。这项工作确立了电纺作为OECT生物传感器实用制造方法的优势，不仅提升了器件性能和稳定性，还实现了大面积制备，并最大限度地减少了材料消耗。

引言

有机电化学晶体管（OECTs）是一类重要的生物电子器件[1]。它们在生物传感中的价值主要源于两个核心特性：高效的信息传输能力和固有的信号放大能力。这种放大能力表现为电导率，其本质源于一个基本的工作原理：有机半导体通道内的整个体积都会发生电化学掺杂。因此，施加非常低的栅极电压（<1伏）即可调节通道中的离子分布，从而显著改变电子电流流动，实现高信号增益。此外，OECTs可以直接在水性电解质中工作，与生理环境实现无缝接口耦合。这种天然的生物相容性对于生物传感应用至关重要。为了实现特异性，可以通过在栅极或通道表面引入生物识别元件（如酶和抗体），并调整电解质组成，使OECTs能够选择性地实时监测多种生物相关目标（如葡萄糖[2]和乳酸[3]）、生物标志物以及复杂的生物流体（脂质体[4]、唾液[5]和汗液[5]）。