研究透視：複旦大學Nature Protocols-分子機電系統
生物研究和診斷應用，通常需要分析生物流體内的痕量分析物。盡管在開發精确的分子檢測方面，目前已經取得了相當大的進展，但敏感性和抵抗非特異性吸附之間的權衡，仍然是挑戰之一。
近日，複旦大學 王學軍Xuejun Wang，魏大程Dacheng Wei等，在Nature Protocols上發文，報道了基于固定在石墨烯場效應半導體上，分子機電系統molecular-electromechanical system (MolEMS)測試平台的實作。分子機電系統MolEMS是一種自組裝的DNA納米結構，包含剛性四面體基底和柔性單鍊DNA懸臂。懸臂的機電緻動調節，靠近半導體通道的感測事件，提高信号轉導效率，而剛性基底，防止生物流體中存在背景分子的非特異性吸附。
分子機電系統MolEMS可在幾分鐘内，實作蛋白質、離子、小分子和核酸的非擴增檢測，并且在100μL測試溶液中，具有幾個拷貝的檢出限，提供了一種具有廣泛應用的分析方法。
該項研究，提供了分子機電系統MolEMS設計群組裝、傳感器制造，以及分子機電系統MolEMS在幾個應用中的操作程式。同時，還描述了建構便攜式檢測平台的普适性。建構裝置約需18小時，完成從樣品添加到結果測試約需4分鐘。
圖1:液體門控場效應半導體field-effect transistors，FET傳感器的示意圖。
圖2:分子機電系統molecular-electromechanical system ，MolEMS 石墨烯graphene，g-場效應半導體FET的工作原理。
圖3:分子機電系統MolEMS的結構設計。
圖4:分子機電系統MolEMS自裝配的工作流程
圖5:制備和使用分子機電系統 石墨烯-場效應半導體 MOLEMS g-FET器件的工作流程。
圖6:分子機電系統MolEMS的機電操作。
圖7:在生物流體中，分子機電系統MolEMS的長期穩定性。
圖8:在分析物測試中，分子機電系統MolEMS的通用性。
圖9:電極制作。
圖10:石墨烯合成、轉移和圖案化。
圖11:靜電驅動的表征。
圖12:電氣測量設定。
圖13:基于分子機電系統 石墨烯-場效應半導體 MolEMS g-FET，SARS-CoV-2核酸檢測的工作流程。
圖14:實時電流測量分析。
圖15:噪聲分析和檢出限limit of detection，LOD估計。
圖16:便攜式測試系統。
圖17:在分析物測試中，分子機電系統MolEMS的預期結果。
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本文譯自Nature。
