近日，广东工业大学高性能工具全国重点实验室、广东省微创手术器械设计与制造技术重点实验室的袁志山教授课题组金刚石超灵敏传感器制造与应用取得新进展，实现掺硼金刚石液栅场效应晶体管（BDD-SGFET）超灵敏生物传感器制造以基因突变检测验证。相关成果以论文形式在TOP期刊《Microsystems & Nanoengineering》（Q1, IF=9.9）在线发表。

基因突变（如碱基错配）的精准检测对于非小细胞肺癌（NSCLC）等重大疾病的分子水平分析、早期诊断和靶向治疗至关重要。然而，传统的测序和核酸扩增技术（如PCR）依赖复杂的样本预处理和昂贵的光学设备，难以满足即时检测（POC）的需求。此外，现有的场效应晶体管（FET）生物传感器多采用硅或金属氧化物作为沟道材料，在极端pH或电解液环境中面临易氧化腐蚀、背景噪音大及长期稳定性差等难题。此外，传统的平面型掺硼金刚石（BDD）传感器受限于比表面积，导致检测灵敏度受限 。

针对上述难题，在国家自然科学基金面上项目（基因突变检测金刚石纳米线双离子束刻蚀机理与工艺研究，No. 52175388）项目资助下，团队开展了金刚石场效应晶体管的微纳结构设计与可控制造研究。该研究设计了一种具有三维微米线结构的掺硼金刚石溶液栅极场效应晶体管（BDD-SGFET）生物传感器。利用TCAD仿真揭示了金刚石微米线尺寸对器件电学性能的影响规律，并通过微波等离子体化学气相沉积、光刻和等离子体刻蚀等极端制造工艺，成功制备了具有该三维微结构的BDD-SGFET超灵敏传感器。这一创新结构大幅增加了传感区域的比表面积并提高了栅极电容，有效降低了器件的阈值电压并显著提升了跨导性能，在此基础上实现了对10 pM浓度目标的极限检测，并精准辨识出表皮生长因子受体（EGFR）两个碱基对错配。

这项研究为高性能金刚石场效应晶体管的设计与制造提供了新思路，更为下一代无标记分子检测分析技术打造了一个快速稳健的平台。其优异的序列选择性、在复杂环境下的卓越抗干扰能力以及高稳定性，使其在基因变异分析、癌症早期诊断以及便携式即时检测等精准医疗领域中具有广泛应用前景，展示了微米级 BDD-SGFET 作为基因突变分析基础工具的巨大潜力。

以上工作以题为“Boron-doped diamond solution-gate field-effect transistor (BDD-SGFET) biosensor for gene mutation detection”于TOP期刊《Microsystems & Nanoengineering》（Q1，IF=9.9）上发表。IMT团队硕士生林泽龙、博士生郑昀、硕士生陈奕森和团队学术带头人王成勇教授为共同作者，袁志山教授为通讯作者 。

这项工作由国家自然科学基金面上项目（No.52175388）资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41378-026-01184-6

用于突变基因检测的 BDD-SGFET 生物传感器的结构和原理示意图