随着新型二维纳米材料的发展，临床检验诊断学的发展日新月异，不断涌现出的新技术、新方法极大地提升了实验室的检验能力，为临床诊断提供了新一轮的助力。实现疾病的早期诊断是目前临床亟待解决的问题。胶体金是一种广泛应用于检验医学领域的纳米材料，具有较大的比表面积、独特的物理特质、良好的生物相容性及化学稳定性。然而，胶体金的表面特质、直径大小及标记在胶体金表面的各种生物分子探针的性质都会在一定程度上对检测结果产生影响，因此限制了胶体金在临床检验中的推广和应用，且很难实现实时检测[1]。因此，建立一种免标记、快速、高性能和低成本的检测方法具有极其重要的意义。近年来，二维纳米材料在检验医学领域的应用广受关注，其中新型二维纳米材料——二硫化钼（molybdenum disulfide，MoS2）因具有独特的物理、化学、电催化等特性，在传感器、超级电容器、电催化等领域中均有良好的发展前景。MoS2是典型的层状过渡金属二硫化物。单层MoS2是由上下2层硫（sulfur，S）原子及夹在中间的钼（molybdenum，Mo）原子形成“三明治夹心”结构，通过共价键结合组成的二维晶体材料[2-4]。

近年来，随着学科间的交融渗透，通过检测生物分子的电荷、质量或其他性质来指示其含量的免标记检测方法逐渐被建立，如场效应晶体管传感器[5-6]、表面等离子体共振技术[7]和表面声波传感技术[8]、荧光技术[9]等。其中纳米场效应晶体管（field effect transistor，FET）生物传感器因具有高度的微型化和一体化，受到了生命科学领域学者的广泛关注。与此同时，由于纳米材料具有独特的理化性质，如微尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等[10]，所以纳米FET生物传感器具有敏感性和选择性高、分析速度快、免标记、操作简单、试剂消耗少等特点，适用于医学检测中的生物分子检测。基于新型二维纳米材料——MoS2的生物传感器具有微型化、响应速度快、敏感性高等优点，有望使生物传感器的开发和疾病早期诊断进入一个新阶段。本文介绍了近几年基于MoS2的FET生物传感器的研究进展。

1 二维MoS2的制备方法

MoS2层状化合物的构成是MoS2层沿c轴的堆叠，由l个Mo原子层和2个S原子层形成1个“三明治夹层”结构，其中层间的S-S是由范德华力结合而成，层内的Mo-S和Mo-Mo之间通过强共价键结合而成。目前，MoS2的制备方法主要有微机械剥离法[11-15]、化学气相沉积（chemical vapor deposition，CVD）法[16-19]、液相超声法[3，20-22]和水热合成法[23-26]等。

1.1 微机械剥离法

微机械剥离法是最早使用的一种制备方法，也是制备单层二维纳米材料的传统方法。FRINDT[11]于1965年成功制备了几层至几十层厚度的 MoS2纳米片，他利用一种特殊的黏性胶带，通过胶带的黏性附着力来克服层间较弱的范德华力，从而将MoS2粉末分离，达到剥离的目的。随着工艺的改进，NOVOSELOV等[12]于2004年将微机械剥离法用于大块层状材料的制备并成功获得单层MoS2。然而，采用该方法剥离的MoS2虽然质量很高，能够得到纯净、高结晶度和单原子层厚度的层状纳米材料，但产量低，操作重复性差，不适宜用于大规模生产。

课内，在法国学校教育体系中，艺术与文化教育是小学和初中的必修课程，高中阶段则可根据学校的情况开展相关选修课，国家不作具体要求。

1.2 CVD法

液相超声法是近几年发展出来的方法。COLEMAN等[3]选用不同的溶剂对MoS2等二维层状材料进行液相剥离。ZHOU等[20]为了能更好地剥离MoS2纳米片，将水和乙醇混合，借助超声波的作用制备单层或多层MoS2溶液。ZHANG等[21]用氯仿和乙腈的混合溶剂制备出MoS2纳米片。液相超声法操作简便，可用于大批量生产，但剥离程度略低。

1.3 液相超声法

LEE等[16]采用的CVD法是将Mo和S的固态先驱体在高温下热分解，使释放出Mo和S原子沉积在基底上，逐渐生长成连续 MoS2薄膜。通过此种CVD法制备出的单原子层 MoS2薄膜具有尺寸可调、层数可控的特点，可制备出高质量、大面积的连续MoS2纳米片，展现出优异的电学性能，但此法易受衬底影响。

1.4 水热合成法

一氧化氮（nitric oxide，NO）在人体内参与多种生理活动，可以通过接收和传递信息来调节细胞活动，指示身体执行某些重要功能，如神经传递[31]、血管舒张[32]、免疫应答[33]、血管生成[34]等。然而，NO作为一种活跃的气体分子，半衰期短且极易被氧化，所以需要找到一种快速、简便、精确的测定方法。LI等[35]分别采用单层和多层MoS2 FET生物传感器对NO进行实时检测，结果显示单层MoS2 FET生物传感器在一接触到NO时即出现迅速而显著的响应，但得到的电流不稳定；而多层MoS2 FET生物传感器对NO表现出稳定而灵敏的响应，检测限可低至1 mg/m3。该研究结果证实MoS2 FET生物传感器可用于气体分子的检测。进一步的研究表明，因为电流的改变是电荷从吸附的气体转移到MoS2层而产生的[36]，一旦MoS2表面吸附了气体分子，可将MoS2转化为p型半导体器件，随着电荷的转移，MoS2的费米能级发生改变而能带结构则无明显变化。因此，其他分子如二氧化氮、氨和水也可被检测，且MoS2 FET生物传感器对它们的检测能力可以通过栅效应和光照明进一步增强。该研究成果也可用于心血管系统疾病和神经系统疾病的研究中。

2 MoS2FET生物传感器的构建及其工作原理

MoS2FET生物传感器由源极、漏极和栅极3个电极及硅/二氧化硅基底层组成，其中源极和漏极为金属电极，栅极为参比电极；在源极和漏极之间覆盖MoS2，形成导电沟道，以此作为装置的传感元件，其示意图见图1[27]。采用传统光刻技术，利用电子束蒸发沉积5 nm钛（titanium，Ti）/50 nm金（aurora，Au），制作FET的源极和栅极，通道长度约为4 μm。在室温下用Keithley 4200半导体特性测试系统检测MoS2 FET生物传感器的电学性质，并采用MoS2 FET生物传感器检测各医学相关物质，具有敏感性高、特异性好的优点[27]。基本检测原理为采用一定方法将受体分子固定在MoS2表面，然后加入待测物进行检测，当有特异性的目标分子存在时，会发生目标分子与受体分子的特异性结合，引起传感器电信号变化，检测电信号的变化可确定目标分子的含量。当待测物中不含特异性的目标分子时，则不会发生电信号变化或产生的变化可忽略不计，从而实现特异性检测。

MoS2 FET生物传感器检测pH值的原理是基于栅极介电层中氢氧根（OH）的质子化/去质子化作用决定电解液的pH值，从而改变介质表面的电荷，检测电荷变化可检测pH值[28-29]，其示意图见图2。SARKAR等[27]采用MoS2 FET生物传感器检测了电解溶液pH值的变化，当溶液pH值较低（即H+浓度较高）时，电介质表面OH基团会质子化，形成OH2+（OH+H+=OH2+），导致电介质表面形成正电荷；而当溶液pH值较高时，会使电介质表面OH基团去质子化，形成O-（OH-H+=O-），导致电介质表面形成负电荷。随着溶液pH值的降低，MoS2 FET生物传感器电流增加，与n型FET生物传感器在较低pH值有更高的正电荷相一致。在此实验中，漏极电流作为电解质栅电压的函数对不同电解液的pH值有响应，该传感器可在pH值为3～9的宽范围内高效运作，且pH值变化一个单元亚阈值区域的敏感性可高达713[27]。由于MoS2超薄的性质及其优异的电学性质使此MoS2 FET生物传感器具有敏感性高、特异性好及线性范围宽的优点，可用于医学检验中的血液及尿液pH值检测及电解质检测。这是MoS2FET生物传感器未来应用研究的方向之一。

  

图1 MoS2 FET生物传感器示意图[27]

3 MoS2FET生物传感器在医学检测中的应用

SARKAR等[27]使用生物素和链霉亲和素分别作为受体和目标分子进行检测，根据溶液的pH值高于链霉亲和素的等电点会使蛋白质带负电荷，从而导致电流减少的原理进行实验。结果显示，与未添加链霉亲和素的纯缓冲溶液比较，生物素功能化的MoS2 FET生物传感器在添加链霉亲和素溶液后电流大幅降低，当再加入纯缓冲溶液时，电流的变化几乎可以忽略；与此同时，在该传感器再次测量纯缓冲液时，电流无明显变化。由此证明，在MoS2 FET生物传感器上生物素与链霉亲和素可强力结合，且实验检测限可低至100 fmol/L，并可用于检测血液样本，进一步证明MoS2 FET生物传感器可用于蛋白质检测[30]。该研究结果为MoS2 FET生物传感器未来用于肿瘤标志物（前列腺特异性抗原、癌胚抗原和黏蛋白等）及心肌标志物（心肌肌钙蛋白 T、心肌肌钙蛋白 I等）检测打下了基础。

3.1 pH值检测

（2）出院后观察组利用交友软件建立交流群，定期在上面发布一些该疾病术后的注意事项、饮食规律等；进行电话随访，其内容包括：复诊提醒、心理疏解等。

3.2 蛋白质检测

  

图2 MoS2 FET生物传感器用于pH值检测的原理示意图[27]

MoS2具有良好的电子流动性、较大的表面积和高电子态密度，因此其电学传感性能优异。MoS2 FET生物传感器可用于检测pH值、蛋白质及气体分子。

3.3 气体分子的检测

水热合成法是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，以水为介质，通过对反应体系加热，在反应体系中产生一个高温、高压的环境，从而进行无机合成和材料制备的一种方法。WANG等[25]以硫脲为硫源，通过两步水热合成法制备了三维MoS2纳米花。YU等[26]利用水热合成法制备出可以附着在碳纤维布上的三维MoS2纳米片阵列复合材料。水热合成法制备出的MoS2纳米片具有能耗小、反应条件温和、易控制的特点，但MoS2纳米片层数不可控。

占据屏幕空间有两层含义：一是所有点和线围成封闭图形的面积，二是以手机方形屏幕两侧的边作为轴，r作为轴建立平面直角坐标系，图案构成的封闭图形上的任意两点X或Y坐标值差的最大值，两者乘积即为该种图形密码“占据屏幕空间”。为方便描述，将第一种含义称为封闭图形面积，第二种称为图形占据屏幕面积。按照这两种含义，分别计算了3*3式、八边形式、正三角形式、等腰直角三角形式、弦图式图形密码占据屏幕空间的大小。

4 展望

新型二维纳米材料——MoS2因带隙间自然薄的特性使其具有良好的电学特性及高敏感性。此外，MoS2可以极大地促进设备的可伸缩性，从而在检测单量子生物分子时敏感性更高，也可以用作超低功耗和微型生物传感器设备，在手持诊断工具和即时检验方面有潜在的应用价值。MoS2 FET生物传感器因其具有检测耗时短、敏感性高及高度灵活和透明的特点，会使临床检测更敏感、更快速、更准确，为癌症、心脑血管疾病、遗传病和传染病等的早期诊断提供帮助。

由于th被认领后才确定其对应的物料、工艺、质量信息，这里将装配数据相对稳定的时间区间细化为[TExch,TEh]，即认领后至完工前。

然而，现阶段研制的MoS2 FET生物传感器还存在以下一些问题：（1）由于人工制备出的MoS2尺寸和质量不易控制，使得MoS2 FET生物传感器的重现性有待改进；（2）由于传感器上修饰的MoS2层数无法固定，因此不能大规模制备传感器件；（3）目前的研究多集中于标准品的检测，研制的MoS2 FET生物传感器是否能用于成分多且复杂的实际样本检测还有待进一步研究证明。相信未来随着研究的不断深入，MoS2 FET生物传感器的重现性、重复性和稳定性将会得到进一步改善。此时，敏感性高、特异性好的MoS2 FET生物传感器就能真正应用于临床，实现对临床样本高通量、实时、快速的检测。

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