電解質ゲートCNT-FETバイオセンサー、医療・食品・環境で高感度リアルタイム検出を実現

ターゲットをリアルタイムで監視する感度と選択性に優れた電子バイオセンサー——分析デバイス——への需要が、幅広い用途で高まっています。臨床現場でのヘルスケア、創薬、食品安全と品質管理、環境モニタリングに最適です。

電子バイオセンサーは、シンプルさ、短い分析時間、低製造コスト、最小限のサンプル前処理、未訓練の人員でも現場で使用可能という点で魅力的です。

ボルツァーノ自由大学とETHチューリッヒの研究者たちは、電解質ゲートカーボンナノチューブ電界効果トランジスタ（EG-CNTFET）バイオセンサーの科学的進歩をレビューしました。これらのデバイスは優れた電子特性と固有の信号増幅を特徴とし、幅広い生体分子を高感度で検出できます。

バイオセンサーの主要コンポーネントの一つは生体認識要素——酵素、抗体、アプタマー、イオン選択膜など——で、対象物質（化学物質が測定・特定される物質）を選択的に認識します。生体変換デバイスは、生体認識要素と対象物質の相互作用を測定可能な電気信号に変換します。

「電界効果トランジスタを生体変換要素とするバイオセンサーは、ピコモル濃度まで複数の分析対象に対して高感度をすでに実証しているため、バイオセンシング用途で最も有望なデバイスの一つです」とボルツァーノ自由大学のマッティア・ペトレッリ氏は述べています。「FETベースバイオセンサーに使用可能なすべての材料の中でも、半導体カーボンナノチューブは興味深いです。有利な電気的・化学的特性を持つからです。」

これらのバイオセンサーを異なる生体認識要素で構成することで、「生体分子、がんバイオマーカー、バクテリア、イオンなど、さまざまな分析対象の選択的検出が可能になります」とペトレッリ氏は言います。「これらのバイオセンサーを実用応用に移す可能性を示す報告がある一方で、商業化前に克服すべき課題があります。」

EG-CNTFETベースバイオセンサーは現在、一度に1つの分析対象のみ検出可能です。血液、汗、唾液などの複雑な媒質内の異なるインターフェースも、特定信号の検出を困難にします。

「これはこれらのバイオセンサーの実生活応用への適用性を制限します」とペトレッリ氏は言います。「デバイスの選択性は、複雑な検出環境では特に、すべての干渉物質に対して慎重に評価されるべきです。これらの課題が克服されれば、近い将来これらのバイオセンサーが多様な用途で実装されることが想像できます。」

ねじれナノ半導体の新光学効果で創薬を加速─ ロボット化学者による高スループットスクリーニングへガス流量デバイス向けスマートソリューションの革新

センサー