近日，北京大學信息科學技術(shù)學院電子學系/北京大學碳基電子學研究中心、納米器件物理與化學教育部重點實驗室孫偉研究員課題組及其合作者，探索了生物-碳納米管復合界面及大面積取向排列的調(diào)控新方法。相關(guān)研究成果以《核酸引導的高性能碳納米管晶體管的制備》為題，在線發(fā)表于《科學》。

課題組基于DNA模板的高性能碳納米管晶體管研究取得的新成果，具有實現(xiàn)基于生物模板的大規(guī)模電子器件的潛力，同時也可應用于未來的生物傳感器與驅(qū)動器。

Science官網(wǎng)論文截圖

生物自組裝結(jié)構(gòu)具有精細的三維形貌，其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)小于光刻等傳統(tǒng)納米加工手段的分辨率極限。利用自組裝生物分子作為加工模板，可以實現(xiàn)金屬材料、碳基材料、氧化物材料的可控形貌合成。

然而，此前基于此的電學器件的性能往往遠落后于傳統(tǒng)方法制備的同類器件，且缺乏長程取向規(guī)整性，因而制約了生物模板在高性能器件中的應用。

針對這一高性能電子器件和生物分子自組裝的交叉領(lǐng)域的難題，研究團隊以組裝于脫氧核糖核酸(DNA)模板的平行碳納米管(CNT)陣列作為模型體系，研究界面生物分子組成對器件性能的影響，開發(fā)了一種基于固定-洗脫策略的界面工程方法，在不改變碳管排列的基礎(chǔ)上，有效去除界面處的金屬離子及生物分子等雜質(zhì)。

經(jīng)過界面工程，基于生物模板的碳管陣列晶體管顯示了良好的開態(tài)性能和快速的電流開關(guān)切換，展現(xiàn)出了高精準度生物模板在高性能晶體管領(lǐng)域的應用潛力。

通過優(yōu)化DNA-CNT界面組成，構(gòu)筑基于核酸模板的高性能晶體管

基于空間限域效應，研究團隊還發(fā)展了陣列取向排列的新方法，探討了決定取向排列精準度的關(guān)鍵因素。

厘米級基底表面取向排列的大規(guī)模陣列

當前方法具有構(gòu)建基于生物模板的大規(guī)模電子器件的潛力;進一步結(jié)合光刻技術(shù)與嵌段共聚物定向組裝技術(shù)，高分辨生物制造可用于構(gòu)建大面積、小尺寸的高性能電子設(shè)備;同時，兼具電學特性與生物響應特性的高性能電子-生物融合器件也可應用于未來的生物傳感器與驅(qū)動器。