本文提出一种高灵敏表面等离子共振（SPR）传感器，用于检测癌症生物标志物癌胚抗原（CEA）。传感器采用 Kretschmann 构型，由 FK51A 棱镜、银（Ag）、硫化砷银（Ag3AsS3）、硫化镓（GaS）以及黑磷、石墨烯等二维材料组成；所选二维材料具有优异光学性质，可增强传感界面电场约束。模拟结果表明，所提多层传感器在灵敏度...
电场辅助局部功能化是一种无掩模技术，通常在水弯液面范式下用于纳米尺度。作者利用自制原型将该技术扩展到与生物传感器工业兼容的数十微米尺度，但解释这些结果需要新的物理范式。本文从第一性物理原理出发，对二维材料在局域电场下氧化区域随时间的横向扩展进行建模。模型对氧化区边界处含氧阴离子（OH−）的共价嵌入采用玻尔兹曼统计，提出氧化半径与时间...
本研究提出一种基于二维材料的表面等离子共振（SPR）生物传感器，用于高灵敏、快速检测癌细胞。传感器采用 Kretschmann 构型，由 BK7 棱镜、ZnO、Ag、Si3N4 及过渡金属二硫化物（TMDCs）层组成，传感介质中引入正常细胞或癌细胞。通过角度探测法，在 633 nm 激发光下比较不同 TMDCs（MoS2、MoSe2...
随着低成本生物传感器需求增长，二硫化钼（MoS2）等新材料受到关注。MoS2 具有导电性、高比表面积和原子级薄层结构，可实现生物标志物的超灵敏检测，并适用于医疗、环境监测和食品安全。与传统材料相比，MoS2 可通过场效应或等离子体共振位移实现无标记检测，同时保持生物相容性和低成本制备优势，有助于疾病早期诊断。本文综述了 MoS2 基...
本文设计并仿真了一种基于电荷等离子体掺杂的过渡金属硫族化合物（TMD）异质结隧道场效应晶体管（TFET）介电调制生物传感器。器件以单层 WTe2 为源、单层 MoS2 为沟道和漏，形成 WTe2–MoS2 异质结，利用能带偏移提高开启电流并抑制双极性电流；电荷等离子体掺杂通过 Pt 源电极和 Hf 漏电极实现 p+ 与 n+ 区域，...
为检测水传播细菌，本文采用改进寻优算法（ISOA）设计了一种 Ag–TiO2–Franckeite–WS2 高相位灵敏度表面等离子共振（SPR）生物传感器。SPR 传感通过监测传感界面折射率变化实现无标记检测，相位调制对外界干扰不敏感，适合提高灵敏度。银膜可激发强 SPR，但易氧化；TiO2 波导层可增强相位响应，二维材料 Fran...
本综述系统分析了将二维（2D）材料与纤维素/纳米纤维素集成以提升生物传感技术的最新进展。石墨烯、过渡金属二硫化物（MoS2、WS2）、六方氮化硼（h-BN）、黑磷和MXene等2D材料具有超薄结构、高导电性、高载流子迁移率、独特光学与半导体特性，可增强传感灵敏度、选择性和响应速度；纳米纤维素（CNC、CNF、HNC、BC）则提供高比...
单层硼原子构成的硼烯是一种新型二维材料，具有各向异性金属行为、柔韧的力学与光学性能。为获得所需性能的生物传感器或生物器件，必须对智能功能化光电二维材料进行工程化设计。硼烯是新兴二维材料之一，凭借优异的电活性表面积、高电子传输能力、各向异性、可调控的光学与电化学性质、可沉积成薄膜以及构建表面功能化的潜力，已成为先进传感平台。尽管制备困...
场效应晶体管（FET）因无标记、操作简便、成本低、易集成，并可在液相环境中直接检测生物标志物，被视为下一代生物传感器最有前景的候选平台。随着纳米技术与生物技术的快速发展，研究者正通过多种策略提升 FET 生物传感器的灵敏度，并拓展其在疾病诊断、实时监测和现场检测中的应用场景。本文聚焦跨学科技术细节，从四个方向系统综述二维材料基 FE...
本文针对新型冠状病毒 SARS-CoV-2 诊断，对异质结构表面等离子共振（SPR）生物传感器进行了性能比较。研究基于传输矩阵法（TMM）计算反射率，并采用有限差分时间域（FDTD）方法分析石墨烯-传感层接触附近的电场强度。比较了 BaF2、BK7、CaF2、CsF、SF6 和 SiO2 等棱镜，TiO2 和铬等粘附层，Ag 和 A...
二维材料自出现以来因在传感器领域展现潜力而引发研究热潮。MXenes是一类二维过渡金属氮化物、碳化物和碳氮化物。自2011年从Ti3AlC2合成Ti3C2以来，相关研究大量发表。由于MXenes相比传统二维材料具有多项优势，已被广泛研究、合成和表征。为帮助读者理解这些材料，本综述系统介绍MXenes的结构，讨论多种合成方法，并分析其...
室温下理想的生物传感器材料应具备极大的单位质量比表面积，并能利用量子力学特性，石墨烯及其他二维（2D）材料符合这一设想。该文综述了石墨烯和二维材料用于生物分子传感的科学基础与应用进展。不同尺寸和类型生物分子的检测通常通过生物分子与二维材料表面相互作用，调制材料中的电荷密度或电流，并表现为电容或电阻等阻抗参数的变化。二维材料有望实现单...
可穿戴生物传感器系统能够实时监测人体健康信息并量化生命体征，已成为生命科学领域的重要研究方向。当前研究主要集中于基于多种柔性材料的传感器设计。其中，二维材料凭借优异的力学、光学和电学性能，为开发微型化、柔性可穿戴生物传感器系统提供了关键材料基础。本文综述了基于二维材料的可穿戴生物传感器最新研究进展，涵盖电子皮肤、隐形眼镜传感器及其他...
表面等离子共振（SPR）技术能够高准确度地检测生物分子相互作用，已用于血型测定、食品掺假和牛奶掺假等分析，并正发展为严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）的快速检测方法。目前临床确诊主要依赖鼻咽拭子实时逆转录聚合酶链反应（RT-PCR），但该方法耗时且成本较高。本文综述了用于 SARS-CoV-2 快速、准确检测的 S...
过去数十年，生物传感器在检测疾病相关体液中的非侵入性生物标志物方面取得显著进展，具有高灵敏度、高准确性、低成本和易操作等优势。在众多二维材料中，MXenes 因其独特的表面化学、机械、光学、电学性质和生物相容性而受到广泛关注，并在生物传感器制备中发挥关键作用。本文系统综述了近年来 MXenes 在电化学、光学及其他生物分析方法中的应...
高性能、低功耗场效应晶体管（FET）是集成电路发展的基础，因此需要寻找更优的薄膜沟道材料并改进器件结构。二硫化钼（MoS2）具有天然二维原子层结构、大比表面积和优异光电性能，被视为下一代电子器件的候选材料。然而，MoS2 的原子级厚度使其接触界面和介电界面对器件性能影响显著。本文围绕 MoS2 FET 的主要性能提升策略展开综述，包...
本文采用严格的第一性原理计算，系统探索 Janus MoOS 单层在氧端和硫端对 DNA/RNA 碱基分子的传感可能性。不同碱基与 Janus MoOS 表面的相互作用能差异表明该单层可用于 DNA 测序。DNA/RNA 碱基与氧侧、硫侧的放热相互作用能分别约为 0.61–0.91 eV 和 0.63–0.88 eV，结合距离表明碱...
本文综述了MXene及其纳米复合材料在生物传感中的研究进展与新兴挑战。MXene是一类由早期过渡金属碳氮化物衍生而来的二维材料，具有金属导电性、丰富表面化学、亲水性、良好生物相容性和高生物分子负载能力，可用于检测多种分析物。文章系统总结了MXene的合成方法、结构表征及其相对于其他二维材料在生物传感中的优势，并重点讨论了其氧化稳定性...
为开发高灵敏、高选择性生物传感器以检测环境中的有害生物分子，作者采用第一性原理密度泛函理论（DFT）研究了儿茶酚（catechol, Cc）在原始及过渡金属（Sc、Cu、Pd）嵌入二维孔状石墨炔（holey graphyne, hGY）单层上的吸附行为。Cc 与原始 hGY 的相互作用较弱，传感器件响应难以检测，因此采用过渡金属掺杂...
表面等离子共振（SPR）生物传感器因具有实时、无标记和高检测精度等优点，已应用于食品安全、环境监测和医学诊断等领域。传统SPR结构通常由玻璃棱镜和贵金属构成，但非金金属易氧化，且金属对生物分子吸附能力有限，制约灵敏度。二维材料可提升稳定性并增强生物分子吸附。本文以二硒化铂（PtSe2）作为新型过渡金属二硫化物/二硒化物（TMDs）材...