Разработана струйная технология для создания высокочувствительных биосенсоров

SEM-изображения сбоку, показывающие одинарный мостик из углеродных нанотрубок между электродами. Углеродная нантрубка закреплена на шероховатом крае электродов. Автор: ACS Applied Materials & Interfaces (2025). DOI: 10.1021/acsami.5c13445

Исследовательская группа успешно разработала технологию создания высокочувствительных биосенсоров с помощью простого распыления, как в струйном принтере. Эта технология позволяет изготавливать чувствительные и точные сенсоры без дорогостоящего и сложного оборудования и, как ожидается, внесет вклад в улучшение масштабируемости и скорости производства биосенсоров в будущем.

Работа опубликована в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. Команду возглавила Юнхи Ли (Исследовательский центр здорового старения) из Отдела биомедицинских технологий Института науки и технологий Тэгу Кёнбук.

Полевые транзисторы на основе углеродных нанотрубок (CNT-FET) стали перспективными биосенсорами следующего поколения, поскольку они обладают высокой электропроводностью и чувствительными поверхностями и могут улавливать даже очень мелкие вещества. Однако для оптимальной работы сенсора отдельные углеродные нанотрубки должны быть последовательно выровнены между электродами, что требует сложного оборудования и дорогостоящих процессов.

Традиционные методы, такие как литография, химическое осаждение из паровой фазы и спин-коатинг, имеют сложные процессы изготовления и часто оказываются непрактичными при работе с большими площадями. Следовательно, их коммерциализация сталкивалась с ограничениями.

В этом контексте исследовательская группа старшего научного сотрудника DGIST Юнхи Ли успешно разработала технологию струйной печати «капля-и-распространение», основанную на поверхностном натяжении. Эта техника наносит пиколитрные (pL) капли чернил с углеродными нанотрубками на электроды, после чего чернила естественным образом растекаются благодаря поверхностному натяжению и последовательно выравнивают нанотрубки. С помощью этой техники исследовательской группе удалось изготовить устройства без дополнительных процессов. Они достигли стабильности и воспроизводимости производства, причем 72% устройств были изготовлены в желаемой форме.

Кроме того, исследовательская группа успешно уловила серотонин, нейромедиатор мозга, прикрепив фрагменты ДНК (аптамеры), которые связываются только с определенными молекулами в изготовленном устройстве. Что более важно, аптамеры показали достаточно высокую чувствительность для обнаружения количеств, намного меньших, чем отдельный волос (42 пикомоля).

Результаты демонстрируют, что эта технология имеет потенциал для различных применений, включая раннюю диагностику или мониторинг в реальном времени неврологических заболеваний, таких как депрессия и болезнь Паркинсона.

«Это исследование имеет большое значение, поскольку полученная техника позволяет изготавливать высокопроизводительные сенсоры на основе простого метода, такого как струйная печать», — сказала старший научный сотрудник Юнхи Ли. «В будущем мы расширим эту технологию до платформы для изготовления индивидуальных высокочувствительных биосенсоров для обнаружения различных биомаркеров заболеваний».

В исследовании в качестве первого автора участвовала старший научный сотрудник Юнхи Ли из Отдела биомедицинских технологий, а со-корреспондирующим автором выступил профессор Хонги Кан из Департамента биомедицинской инженерии Медицинского колледжа Сеульского национального университета. Постдокторант Сухён Пак из Отдела биомедицинских технологий выступила первым автором. Минхе Шин и Энуи Ким из Департамента электротехники и компьютерных наук DGIST выступили со-первым автором и соавтором соответственно.

Больше информации: Soohyun Park et al, Surface Tension-Guided Drop-and-Spread Inkjet Printing for Additive Fabrication of CNT Field-Effect Transistor Biosensors, ACS Applied Materials & Interfaces (2025). DOI: 10.1021/acsami.5c13445

Источник: Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology