二維納米材料用于生物傳感的研究

張文先， 錢 玲， 姜 念， 彭 強(qiáng)， 岳婉晴*

(中國藥科大學(xué)理學(xué)院，江蘇南京 211198)

1 前言

近年來，生物傳感技術(shù)得到了長足的發(fā)展，已廣泛地應(yīng)用于疾病診斷、臨床治療、環(huán)境監(jiān)測、食品安全等領(lǐng)域[1]?；诟鞣N分析技術(shù)，包括比色[2]、熒光[3]、液滴微流控[4]、微流控紙基[5]等方法。生物傳感器目前已被開發(fā)用于生物小分子[6]、核酸[7]、蛋白質(zhì)[8]和細(xì)胞[9]的分析。為了提高分析性能，研究人員引入了各種具有獨(dú)特的化學(xué)和物理特性的納米材料來構(gòu)建生物傳感器。納米材料可以作為載體搭載信號標(biāo)記物，或直接作為信號報(bào)告者敏感地檢測生物標(biāo)記物[10]。二維納米材料是應(yīng)用于生物傳感的眾多納米材料中相對新穎且性質(zhì)獨(dú)特的成員。到目前為止，二維納米材料及其納米復(fù)合材料在物理學(xué)、化學(xué)、光學(xué)和電子學(xué)等領(lǐng)域的表現(xiàn)都很出色，這促進(jìn)了它們在催化、能源、傳感、生物成像、抗菌、藥物輸送和治療方面的廣泛應(yīng)用[11]。

在過去的十幾年中，我們見證了使用二維納米材料進(jìn)行生物傳感應(yīng)用的快速發(fā)展[12]。本綜述主要關(guān)注基于比色、熒光、液滴微流控和微流控紙基分析方法的二維納米材料用于生物傳感的最新進(jìn)展。

2 二維納米材料

2004年，Novoselov和Geim[13]利用微機(jī)械剝離法成功地將石墨烯從石墨中剝離出來，自此二維納米材料的探索呈現(xiàn)井噴式發(fā)展。超薄的二維納米材料具有片狀結(jié)構(gòu)，橫向尺寸大于100 nm或達(dá)到幾μm以上，但其厚度只有單原子或幾個原子厚度(一般小于5 nm)[14]。二維納米材料中的電子被禁錮在二維空間里，能夠獲得獨(dú)特的物理和化學(xué)性能，如寬廣的比表面積[15]、寬泛的可調(diào)諧帶隙[15]、高載流子遷移率[16]等。目前二維納米材料已廣泛地應(yīng)用于光電器件、催化、生物醫(yī)藥、能源等領(lǐng)域，是近年來材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。

2.1 二維納米材料的晶體結(jié)構(gòu)

二維納米材料的物理、化學(xué)特性很大程度上取決于它們的原子排列[17]。盡管存在組分和結(jié)構(gòu)上的差異，但二維納米材料一般可以分為層狀和非層狀[18]。層狀二維納米材料的每個平面內(nèi)原子通過每層中的強(qiáng)的化學(xué)鍵連接，各層之間則是通過弱的范德華力相互作用堆疊在一起[19]。最典型的層狀化合物是石墨烯，其中每個原子通過σ鍵與三個相鄰原子在平面上共價相連，層與層之間存在弱的范德華力相互作用[20]。層狀雙氫氧化物(Layered Double Hydroxides，LDHs)[21]、過渡金屬二硫化物(Transition Metal Dichalcogenides，TMDs)[2]、單原子層單質(zhì)二維材料(Xenes)[22]、六方氮化硼(Hexagonal Boron Nitride，h-BN)[23]、金屬碳化物/氮化物(Metal Carbides/Nitrides，MXenes)[24]、石墨氮化碳(Graphitic Carbon Nitride，g-C3N4)[25]和金屬有機(jī)框架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)[26]也具有類似石墨烯的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。相比之下，非層狀納米材料，如二維金屬、金屬氧化物/鈣化物等[27]，通過原子/化學(xué)鍵在三維空間結(jié)晶而形成塊狀晶體。受特定的原子排列、原子間的配位模式或?qū)娱g的堆積順序的影響，這些非層狀納米材料可以結(jié)晶成不同的晶相，極大地影響了它們的性質(zhì)和功能[28]。

2.2 二維納米材料的合成方法

常見的二維納米材料的合成方法有兩類，分別為自下而上和自上而下的方法。自下而上的方法通常從小的有機(jī)或無機(jī)分子/原子開始，采用晶體生長/組裝成二維有序結(jié)構(gòu)，包括經(jīng)典的化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，CVD)[29]、化學(xué)氣相傳輸法(Chemical Vapor Transmission，CVT)[23]、濕化學(xué)合成法[30]和晶體的自組裝法[31]等。自上而下的方法旨在通過各種驅(qū)動力(機(jī)械/液相/離子夾雜和剝落)來打破具層狀結(jié)構(gòu)的材料中層間微弱的范德華力相互作用[32]。常用的自上而下法包括機(jī)械剝離法[33]、液相剝離法[34]、鋰離子插層剝離法[35]等，這些方式相對簡單但存在一定的缺點(diǎn)和局限性。以MoS2納米片的合成為例，機(jī)械剝離法[33]的效率較低，尺寸較小且不均一，只適用于實(shí)驗(yàn)室研究，不利于大規(guī)模生產(chǎn)；常規(guī)液相剝離法難以去除高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑[34]；鋰離子插層過程不僅需要較長的時間(如3 d)和較高的溫度(如100 ℃)，而且會導(dǎo)致MoS2由半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傧郲35]。

3 二維納米材料用于生物傳感的研究方法

生物傳感器(Biosensor)在特定環(huán)境中具有高靈敏度、高選擇性和高穩(wěn)定性，在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境監(jiān)測以及發(fā)酵工業(yè)等領(lǐng)域引起人們的極大關(guān)注[28]。二維納米材料具有獨(dú)特的性質(zhì)，如優(yōu)良的導(dǎo)電性、高比表面積、優(yōu)異的熒光猝滅能力等?；诙S納米材料和比色、熒光和微流控技術(shù)可以構(gòu)建不同的傳感系統(tǒng)，用于多種目標(biāo)物的檢測。

3.1 比色法

2010年，Qu[36]課題組首次發(fā)現(xiàn)羧基修飾的氧化石墨烯(GO -COOH)具有內(nèi)在的過氧化物酶樣活性，并開發(fā)了一種用于葡萄糖檢測的比色生物傳感器(圖1(a))。在這一突破性工作之后，其他二維納米材料，包括PtS2[37]、MoS2[2]、VS2[38]和WS2[39]納米片等也因其內(nèi)在的過氧化物酶樣活性而被用于構(gòu)建檢測葡萄糖的比色生物傳感器。除了檢測葡萄糖外，基于二維納米材料的比色生物傳感器還成功地用于分析抗壞血酸[40]、H2O2[40]、DNA[41]、谷胱甘肽(GSH)[42]等。研究表明二維納米材料是負(fù)載酶、貴金屬納米顆粒、金屬氧化物和有機(jī)化合物的理想基質(zhì)，它們結(jié)合后形成納米復(fù)合材料[45]。受納米復(fù)合材料的組成成分的協(xié)同作用的影響，這些復(fù)合的二維納米材料比純二維納米材料或單獨(dú)的功能化基團(tuán)具有更好的催化活性，可構(gòu)建性能優(yōu)異的生物傳感體系。Chen[43]課題組在氧化石墨烯(GO)表面裝飾鉑納米顆粒(PtNPs)，形成具有較高的類過氧化物酶活性的納米復(fù)合材料(PtNPs/GO)。如圖1(b)所示，H2O2和TMB在PtNP/GO的催化下分別產(chǎn)生 ·OH和氧化TMB(oxTMB)，溶液呈藍(lán)色。由于谷胱甘肽(GSH)能與 ·OH反應(yīng)，隨著GSH的加入，TMB和H2O2的反應(yīng)程度下降。該GSH比色生物傳感器具有較寬的線性范圍(0.02～20 μmol/L)、較低的檢測限(4 nmol/L)和較短的檢測時間(5 min)。

基于二維納米材料可以構(gòu)建比色傳感器檢測癌細(xì)胞。Tao[44]等人采用氨基-石墨烯納米雜交材料作為比色標(biāo)記物，通過修飾葉酸(FA)靶向識別癌細(xì)胞表面的葉酸受體，從而特異性地吸附在人宮頸癌細(xì)胞(HeLa)和人乳腺癌細(xì)胞(AuNCs MCFs-7)表面。他們結(jié)合金納米簇設(shè)計(jì)了一種用于快速比色檢測癌細(xì)胞的氧化石墨烯-金納米簇(GO -AuNCs)納米復(fù)合材料。該納米復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的類過氧化物酶活性，修飾葉酸后可用比色法檢測低至1 000個MCF-7細(xì)胞(圖1(c))。

圖1 (a)利用GOx和GO -COOH催化反應(yīng)對葡萄糖進(jìn)行比色檢測的示意圖[36]。(b)谷胱甘肽檢測工作原理示意圖[43]。(c)FA-GO -AuNCs雜交體(GFA)的制備示意圖和部分用于癌細(xì)胞檢測的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[44]。Fig.1 (a) Schematic illustration of colorimetric detection of glucose by using glucose oxidase and GO -COOH-catalyzed reactions[36] .(b) Schematic representation of the working principle of glutathione detection[43].(c) Schematic representation of preparation of FA-GO -AuNCs hybrid (GFA) and partially experimental data for cancer cell detection[44].

3.2 熒光法

大多數(shù)報(bào)道的二維納米材料，如石墨烯、TMDs、h-BN和LDHs等，通常本身沒有或存在微弱的熒光，這使得它們不能直接作為熒光探針用于傳感應(yīng)用[46]。2008年，Swathi[47]等人從理論上計(jì)算出石墨烯可以通過共振能量轉(zhuǎn)移來猝滅染料的熒光，而這種能量轉(zhuǎn)移很大程度上取決于石墨烯與染料之間的距離。Liu[48]課題組也利用不同長度的DNA序列，發(fā)現(xiàn)GO表面熒光信號的強(qiáng)弱與GO和熒光染料的距離存在相關(guān)性。二維納米材料被進(jìn)一步證明可以有效地抑制有機(jī)染料、無機(jī)量子點(diǎn)和上轉(zhuǎn)換材料的熒光[45]?；谶@一特性，二維納米材料作為熒光猝滅劑，廣泛地用于構(gòu)建檢測金屬離子[49]、DNA/miRNA[50]、蛋白質(zhì)[51]、細(xì)菌[52]和癌細(xì)胞[9]的熒光傳感器。

2009年，Yang[3]課題組首先開發(fā)了基于石墨烯的生物分子檢測傳感平臺(圖2(a))，將羧基熒光素標(biāo)記的單鏈DNA(single-stranded DNA，ssDNA)非共價結(jié)合在GO表面，染料的熒光被GO完全猝滅。隨著目標(biāo)DNA的加入，雙鏈DNA(double-stranded DNA，dsDNA)的形成使染料標(biāo)記的ssDNA從GO表面釋放出來，恢復(fù)染料的熒光。同樣的檢測策略也可以用于凝血酶的檢測。一年后，He等人[7]開發(fā)了一種基于石墨烯的納米探針用于多色熒光DNA分析(圖2(b))。三種染料標(biāo)記的ssDNA探針同時被吸附在GO表面，染料的熒光發(fā)生猝滅。ssDNA探針只與特定靶基因序列雜交形成dsDNA，從而恢復(fù)染料的熒光。根據(jù)這一現(xiàn)象，可以用石墨烯基納米探針同時檢測p16、p21和p53基因。目前，基于石墨烯/GO的熒光生物傳感器已用于蛋白質(zhì)[8]、ATP[53]、凝血酶[54]和多巴胺[55]等生物分子的檢測。同樣，其他二維納米材料，如PtS2、MoS2、WS2、g-C3N4等，也具有優(yōu)異的熒光猝滅能力。

圖2 (a)ssDNA-FAM-GO復(fù)合物的靶向誘導(dǎo)熒光變化的示意圖[3]。(b)基于GO的多色DNA分析的方案?；旌咸结?P5，P6，P7)在不同目標(biāo)T5(藍(lán)色)，T6(紅色)和T7(橙色)的存在下的熒光光譜，激發(fā)波長為494，643和587 nm[7]。Fig.2 (a) Schematic representation of the target-induced fluorescence change of the ssDNA-FAM-GO complex[3].(b) Scheme for the GO -based multicolor DNA analysis.Fluorescence spectra of mixture probes (P5,P6,P7) in the presence of different targets T5 (blue),T6 (red) and T7 (orange) with the excitation wavelengths of 494,643,and 587 nm[7] .

為了提高基于二維納米材料的熒光生物傳感器的分析性能，人們開發(fā)了各種與熒光生物傳感器相耦合的信號放大策略。Chen等人[56]報(bào)道了一種外切酶Ⅲ(Exo Ⅲ)輔助放大的GO傳感平臺，用于檢測溶菌酶(Lys)蛋白。包含Lys適配體序列的發(fā)夾探針(HP)在與目標(biāo)蛋白結(jié)合時表現(xiàn)出構(gòu)象變化。這種構(gòu)象變化暴露了單鏈尾序列，促進(jìn)了Exo Ⅲ輔助擴(kuò)增和多個信號探針(SP)的循環(huán)酶切，釋放熒光基團(tuán)。沒有靶標(biāo)的情況下，HP中沒有單鏈尾序列暴露，SP不能與HP雜交，避免了SP被Exo Ⅲ酶切。加入GO后，與單鏈SP結(jié)合的熒光基團(tuán)發(fā)生熒光猝滅。由于被酶切后釋放的短DNA片段和GO之間無相互作用，釋放的熒光基團(tuán)不會發(fā)生熒光猝滅(圖3(a))。

二維納米材料具有良好的生物相容性和較大的表面積，被認(rèn)為是負(fù)載熒光探針進(jìn)行生物分子原位成像分析的理想基質(zhì)。Oudeng等人[9]開發(fā)了一種基于MoS2的熒光探針來測定癌細(xì)胞中miRNA-21的表達(dá)。如圖3(b)所示，將葉酸、聚乙二醇(PEG)和染料標(biāo)記的ssDNA在MoS2納米片表面共官能化，構(gòu)建了基于MoS2的熒光“開-關(guān)”探針。結(jié)果表明，MCF-7細(xì)胞的熒光恢復(fù)信號比HeLa細(xì)胞高58.7%，證明了miRNA-21在MCF-7細(xì)胞中高表達(dá)。

除了作為猝滅劑，本身具有熒光的二維納米材料也可作為熒光標(biāo)記用于構(gòu)建熒光生物傳感器。Seo課題組[57]構(gòu)建了一種基于GO和金納米粒子(AuNPs)之間熒光共振能量轉(zhuǎn)移作用的免疫傳感器，并用于病原體分析。如圖3(c)所示，GO具有強(qiáng)烈的熒光發(fā)射，加入目標(biāo)病原體后，形成了經(jīng)典的三明治免疫結(jié)構(gòu)，由于AuNPs的猝滅作用，GO的熒光發(fā)射下降。該免疫傳感器可以檢測105pFU/mL的目標(biāo)輪狀病毒，并能有效區(qū)分輪狀病毒與脊髓灰質(zhì)炎病毒。

圖3 (a)Exo Ⅲ輔助擴(kuò)增檢測Lys的示意圖[56]。(b)用于細(xì)胞內(nèi)miRNA-21檢測的基于ssDNA-MoS2-PEG-FA探針的熒光共振能量轉(zhuǎn)移平臺的示意圖[9]。(c)以GO為熒光標(biāo)記構(gòu)建免疫傳感器的示意圖[57]。Fig.3 (a) Schematic representation of Exo Ⅲ aided amplification assay for Lys detection[56].(b) Schematic of ssDNA-MoS2-PEG-FA probe-based fluorescence resonance energy transfer platform for intracellular miRNA-21 detection[9].(c) Schematic representation of an immuno -biosensor using GO as a fluorescent label[57].

基于二維納米材料的熒光猝滅能力或本身具有的熒光，我們可以開發(fā)靈敏度高、響應(yīng)時間短、成本低的熒光生物傳感器用于分子診斷、疾病診斷、食品和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。

3.3 液滴微流控分析方法

隨著液滴技術(shù)的發(fā)展，基于液滴的微流控技術(shù)已較為廣泛地應(yīng)用于生物傳感[4]。液滴微流控是一種利用互不相溶的兩液相產(chǎn)生分散的微液滴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的非連續(xù)流微流控技術(shù)[58]。在兩相界面處的表面張力和剪切力的共同作用下，可在微流控芯片中形成大小均一的微液滴。與基于層流的微流控技術(shù)相比[59]，液滴作為一種與溶液反應(yīng)等效的微反應(yīng)器，不僅可以減少試劑消耗，加快試劑混合，縮短反應(yīng)時間，而且可以大大減少試劑的分散、固定、孵育時間和交叉污染，并能精確控制溶液體積[4]。

Xiang等人[4]利用GO納米探針，開發(fā)了一種基于液滴的多路DNA分析生物傳感器，如圖4(a)所示。借助液滴操縱技術(shù)，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)了液滴大小的調(diào)整、液滴的融合和液滴的收集。由于GO具有較高的熒光猝滅效率，在沒有目標(biāo)DNA的情況下，含有兩種熒光染料標(biāo)記的ssDNA探針和GO的液滴呈現(xiàn)深色，熒光猝滅；dsDNA的形成會導(dǎo)致熒光基團(tuán)遠(yuǎn)離GO，液滴由深色變?yōu)榱辽?，熒光恢?fù)。該生物傳感器具有高通量、低消耗的同時定量檢測兩種DNA的能力。

圖4 (a)微流控液滴平臺和通過GO納米探針進(jìn)行多路DNA定量的生物傳感器的示意圖[4]。(b)結(jié)合HRP-AuNCs檢測單細(xì)胞包被液滴中過氧化氫的示意圖[60]。Fig.4 (a) Schematic representation of a microfluidic droplet platform and a biosensor for multiplexed DNA quantification via GO nanoprobes[4]. (b) Schematic representation of combined HRP-AuNCs for detection of hydrogen peroxide in single cell-encapsulated droplets[60].

2019年，Shen等人[60]開發(fā)了一種微流控方法，利用液滴與金納米簇(AuNCs)結(jié)合來靈敏地檢測單個細(xì)胞分泌的H2O2(圖4(b))。在超小體積(4.2 nL)的微滴下，單細(xì)胞分泌的H2O2可以引發(fā)HRP-AuNCs的熒光變化。該傳感器可從單個細(xì)胞直接測量200～400 amu H2O2，具有超高的靈敏度和良好的特異性，可用于研究單細(xì)胞分泌H2O2的差異，從而探究細(xì)胞的異質(zhì)性。

基于液滴的微流控技術(shù)相對于傳統(tǒng)生物檢測的主要優(yōu)勢包括它能夠?yàn)榉磻?yīng)提供高度均勻、良好隔離的環(huán)境，并具有更高的通量。基于二維納米材料的液滴生物傳感器通常具有靈敏度高、檢測時間短和試劑消耗低等優(yōu)點(diǎn)，對于檢測和分析少量的生物分子，如抗體、生物小分子和單基因組等至關(guān)重要。

3.4 微流控紙基分析方法

微流控紙基分析設(shè)備(Microfluidic Paper-Based Analytic Devices，μPADs)作為一種強(qiáng)大的工具可在生化分析、食品安全、環(huán)境監(jiān)測、臨床即時檢測(Point-of-Care Testing，POCT)等領(lǐng)域進(jìn)行快速定性和定量分析，可集成包括化學(xué)發(fā)光、質(zhì)譜分析、比色和電化學(xué)方法在內(nèi)的不同檢測技術(shù)[62]。結(jié)合紙帶的方便測試和微流體的多功能性，μPADs具有簡單、成本低、直觀檢測、高通量、可移植性和最小樣品消耗等優(yōu)點(diǎn)[63]。由纖維素組成的紙張內(nèi)部具有多孔結(jié)構(gòu)，液體流動依靠內(nèi)在的毛細(xì)管作用，從而不需要外部力量或配件[62]。此外，作為μPADs的主要組件，白色的紙基可以提供高對比度顏色指標(biāo)，對目標(biāo)物的可視化分析得以定性或定量實(shí)現(xiàn)。

二維納米材料具有獨(dú)特的光學(xué)和催化性質(zhì)，現(xiàn)已有研究將二維納米材料與μPADs結(jié)合進(jìn)行高性能的生物傳感。圖5(a)中，F(xiàn)igueredo等人[5]將三種不同類型的納米材料，即Fe3O4磁性納米顆粒(MNPs)、多壁碳納米管(MWCNTs)和GO應(yīng)用于紙基分析裝置中，以提高顏色測量的均勻性。在葡萄糖氧化酶(GOx)和辣根過氧化物酶(HRP)的協(xié)助下，用MNPs、MWCNTs和GO處理的μPADs的檢測限分別為43 μmol/L、62 μmol/L和18 μmol/L。

圖5 (a)μPADs的構(gòu)造程序示意圖，顯示了MNPs、MWCNT和GO處理步驟，以及涉及掃描儀和像素強(qiáng)度分析的比色檢測程序[5]。(b)基于紙張的微流控裝置用于總脂質(zhì)分析的示意圖[61]。Fig.5 (a)Schematic representation of the construction procedure of the μPADs showing the treatment step with MNPs,MWCNT,and GO as well as the procedure required for colorimetric detection involving scanner and pixel intensity analysis[5]. (b) Schematic representation of a paper-based microfluidic device for total lipid analysis[61].

Parween等人[61]報(bào)道了一種使用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)和AuNPs的新型紙基表面改性方法，如圖5(b)所示。使用這種功能化的μPADs可同時測定總膽固醇、低密度脂蛋白(LDL)、高密度脂蛋白(HDL)和甘油三酯(TGL)四種總脂質(zhì)譜(TLP)。該紙基分析方法的測試結(jié)果與傳統(tǒng)方法相比有很好的相關(guān)性。該檢測裝置價格適中、攜帶方便、自測快速，旨在幫助篩查個人的血脂水平，可方便地用于臨床檢測。

與傳統(tǒng)的生物分析相比，基于二維納米材料的微流控紙基生物傳感器具有眾多的優(yōu)點(diǎn)和巨大的潛力，如便攜性、低成本、快速反應(yīng)、出色的選擇性和敏感性等。目前，微流控紙基生物傳感技術(shù)仍處于發(fā)展階段。通過引入二維納米材料構(gòu)建的檢測方法可以更方便、更可靠地完成目標(biāo)物的分析。我們應(yīng)開發(fā)更多性能更為優(yōu)良的二維納米材料，以滿足微流控紙基生物傳感裝置發(fā)展的需要。

4 總結(jié)和展望

二維納米材料作為材料領(lǐng)域的重要成員之一，在生物傳感器的開發(fā)中具有很高的應(yīng)用價值。生物傳感在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的應(yīng)用需求日益增長，為基于二維納米材料的生物傳感器的開發(fā)帶來了巨大的機(jī)遇。通過優(yōu)化合成方法和改進(jìn)合成技術(shù)，可大規(guī)模獲得結(jié)構(gòu)可控的高質(zhì)量的二維納米材料，為開發(fā)高性能和可重復(fù)使用的生物傳感器提供了理想的材料。在基于二維材料的生物傳感器中引入信號放大策略，可進(jìn)一步提高檢測的靈敏度，實(shí)現(xiàn)對微量或痕量物質(zhì)的檢測。然而需要指出的是，目前二維納米材料在生物傳感方面的研究仍處于初級階段，在應(yīng)用過程中仍有一些挑戰(zhàn)需要克服。一個主要的挑戰(zhàn)是進(jìn)一步研究生物分子和二維納米材料的相互作用機(jī)制。生物分子在二維納米材料表面的數(shù)量和排列方式會影響基于二維納米材料的生物傳感器的分析性能。另一個挑戰(zhàn)是進(jìn)一步提高生物傳感器的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，實(shí)現(xiàn)生物傳感裝置的實(shí)際應(yīng)用價值。

基于二維納米材料的生物傳感器的高性能很大程度上依賴于材料高質(zhì)量的平面形貌，這就需要更有效的合成方法和進(jìn)一步的功能化。目前，用于構(gòu)建生物傳感器的大部分材料的二維尺寸通常不均勻，這將影響傳感器的靈敏度、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。通過開發(fā)性能優(yōu)異的二維納米材料、改進(jìn)材料的合成方法或進(jìn)行表面功能化、探究生物分子與二維納米材料的相互作用，我們相信基于二維納米材料的生物傳感器在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。