唐氏综合征是最常见、最高发的出生缺陷疾病，风险率达1/700；患儿因多了一条21号染色体而具有明显的智力和形体缺陷，给患儿及其家庭，乃至社会造成沉重负担。为了降低该病患儿出生率，我国要求对孕妇进行产前筛查，目前国内通用的方法为超声检查和孕妇血液标志物检测，存在准确率低、误诊率高的问题；而新兴的全基因测序的方法，不仅费用昂贵，且用时过长，难以在大范围推广，因此急需发展一种快速，低成本且准确率高的新型筛查方法。

 

 

课题组采用化学气相沉积（CVD）生长的大面积、高质量、均一的单层MoS2薄膜做沟道材料，所制备的FET阵列电学性能优越（电流开关比达106，亚阈值摆幅达70 mV/DEC）；与此同时，在FET沟道区域修饰金（Au）纳米颗粒，以连接DNA探针，通过Au和HS-离子的化合反应，将适当密度的脱氧核糖核酸（DNA）探针连接至金颗粒，该探针DNA就可以捕获溶液中的待测DNA，引起器件电流下降。在确认FET器件的时间稳定性良好后，进行以21号染色体标志性片段为待测物的DNA静态反应，并测试器件电学性质改变；结果表明，器件可实现0.1 fM/L的超高检测精度和240%的最大响应率，综合这两项指标，为迄今公开报道的FET DNA传感器的最佳结果。在DNA干扰物测试中，器件同样表现出高度特异性；实时测试表明，器件能够连续区分出1 fM/L～1 pM/L的待测DNA，反应时间仅为400 s。此外，运用相同的实验方案测试参考DNA（13号染色体）片段，通过比较所测得21号染色体和13号染色体的浓度，即可判断是否存在21号染色体的过表达，从而推断胎儿21号染色体数目是否异常，最终实现唐氏综合征的无创产前检测。

 

基于这项工作的学术论文《针对唐氏综合征筛查的单层二硫化钼场效应晶体DNA传感器》（Ultrasensitive monolayer MoS2 field-effect transistor based DNA sensors for screening of Down syndrome）于2019年2月13日在线发表于《纳米快讯》（Nano Letters）；电子学系2016级硕士研究生刘静遐、国家卫生和计划生育委员会科学技术研究所助理研究员陈西华、中国科学院物理研究所2017级博士研究生王琴琴为共同第一作者，张志勇和中国科学院物理研究所张广宇研究员为通讯作者。美国化学会官网以《灵敏传感器检测唐氏综合征DNA》（Sensitive sensor detects Down syndrome DNA）为题，作为最新热点推介。

 

以上研究得到国家重点研发计划、国家重大科学研究计划、国家自然科学基金等资助；DNA材料和单层MoS2材料分别由陈西华和张广宇课题组提供。

 

论文链接：

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.8b03818