二维材料在生物传感器中的应用*

罗实 魏大鹏 魏大程‡

1) (复旦大学高分子科学系， 聚合物国家重点实验室， 上海 200433)

2) (复旦大学材料科学系， 分子材料与器件实验室， 上海 200433)

3) (中国科学院重庆绿色智能技术研究院， 重庆重点多尺度制造技术实验室， 重庆 400714)

1 引 言

近年来， 二维材料由于其独特的结构以及物理特性引起了学术界和工业界的广泛关注， 被广泛应用于催化、传感、电化学能量转化与存储以及生物医疗等领域[1-6].2004 年， 第一种二维材料即单层碳原子的石墨烯被两位材料科学家Geim 和Novoselov[7]发现， 引发了石墨烯的研究热潮.此后， 石墨烯越来越多的优异物理性质(超高迁移率、导热性、高机械强度、低散射系数等)被发现.由于石墨烯只有单原子层厚度， 任何分子吸附到材料表面都容易影响其表面电子输运， 导致其导电性对化学掺杂和电学掺杂都十分敏感[8-10].同时石墨烯具有稳定的化学性质、高比表面积以及表面可修饰等特性.因此， 石墨烯是开发高性能生物传感器的理想材料.除石墨烯之外， 还有大量的类石墨烯二维层状材料， 比如氮化碳(C3N4)[11-14]、过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides，TMDs)[15，16]、氮化硼(BN)和过渡金属氧化物等.相比于只有碳原子的石墨烯， 这些二维材料有更丰富的元素和结构组成， 使它们在催化、传感、储能等领域有广泛的应用.此外， 半导体性的类石墨烯二维层状材料制成的传感器信噪比和灵敏度往往高于石墨烯， 为高精度生物传感提供了更丰富的材料选择.二维材料在生物传感领域展现……