目前，严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）仍在全球蔓延，并导致超过650万例感染死亡病例。以Beta、Gamma、Delta和Omicron为代表的新型SARS-CoV-2变异株频繁出现，其更强的传播性、致病性和免疫逃避能力，使得疫苗接种等预防措施难以阻止COVID-19大流行病的持续爆发。因此，迫切需要开发更高效的变种识别方法。相比传统的RT-qPCR 等检测方法，基于二维（2D）材料的场效应晶体管（FET）生物传感器因为其超高灵敏、快速实时检测的优点，受到了广泛关注。然而，如何提高该晶体管传感器对分子内关键信息、特别是核酸单碱基变异的精确感知能力，是实现新冠病毒变异识别的关键。
历时三年，课题组探索和研究了二维硒化铟（2D InSe）FET对SARS-CoV-2变异核酸序列的识别能力。首先，原子层沉积（ALD）氧化铝保证了InSe FET的迁移率和稳定性，使器件对目标核酸实现了亚飞摩尔级（sub-fM）的检测限，浓度响应范围达到6个数量级（10-14~10-8 M）。其次，器件可以在15分钟内，识别出单核苷酸变异（SNVs）的类型与位置（p < 0.01），从而快速和直接分辨出Delta基因组中不同的两个核心突变（L452R, R203M）。该性能主要归功于沉积氧化铝后，2D InSe发生了浅层氧取代（InSe1-xOx）。后者在2D InSe中引入的陷阱态（Traps）对核酸负电荷信号敏感并参与载流子输运，引起2D InSe晶体管超灵敏的电信号变化。该研究实现了病毒检测、变异诊断的一体式传感，可以更好地为新冠病毒变异提供预警，对后疫情时代各类高传染、易突变病毒的早期筛查具有重要的意义。
近日，该工作以题为“Fast and direct identification of SARS-CoV-2 variants via 2D InSe field-effect transistors”在线发表在材料科学顶级期刊InfoMat（IF=24.798），并被选为当期封面。第一作者为许多、李俊吉、熊云海，通讯作者为陈翔教授、曾海波教授。
全文地址：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/inf2.12398
图1. 二维InSe晶体管用于快速超灵敏检测SARS-CoV-2。
图2. 利用2D InSe FET直接识别SARS-CoV-2 单核苷酸突变（SNVs）。
图3. 二维InSe晶体管的突变识别机制。