近日，河南工业大学智能传感器科研团队在生物离子传感领域取得重要突破，其提出的栅压调制技术成功解决了离子选择性有机电化学晶体管（IS-OECT）灵敏度与检测范围难以兼顾的难题，成功实现对钙离子（Ca2+）和铵根离子（NH4+）的宽浓度范围（10-5~10-1 M）超高灵敏度检测，相关成果以 “Balanced sensitivity and detection range in ion-selective OECTs by gate bias modulation”为题发表于国际权威学术期刊《Science China Materials》（中科院一区TOP期刊）。该技术为下一代高性能生物电子器件发展提供关键方向，对医疗诊断、环境监测等领域意义重大。电气工程学院徐坤副教授为论文第一作者和通讯作者，电气工程学院王莉教授和电子科技大学黄伟教授为论文共同通讯作者，河南工业大学为该论文第一署名单位及通讯单位。
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OECT因生物相容性好、工作电压低、信号放大能力强，在生物离子检测中潜力巨大。但传统技术中，离子选择性膜有效电位与器件最大跨导对应栅压范围不重叠，导致宽离子浓度下电流灵敏度大幅衰减、稳定性差。为突破这一困境，团队提出 “浓度分区 + 栅压动态调制” 策略，确保器件始终工作在最大跨导区域。同时，团队采用小尺寸（640 μm2）n 型垂直有机电化学晶体管（vOECT）为核心，其具备 75.33 mS 超高跨导和优异长期稳定性，配合 PSS:Na 内部电解质层，解决了离子选择性膜阻碍离子渗透问题，优化了响应速度。结果表明，对 Ca2+和 NH4+检测均覆盖 10-5~10-1 M（4 个数量级）；电流灵敏度均稳定在～3 mA/dec，Ca2+最高 3.10 mA/dec、NH4+达 3.31 mA/dec，为目前同类器件最高值。该策略具有普适性，可推广至葡萄糖、DNA 等其他晶体管基传感器。未来，技术有望集成到可穿戴设备实现无创健康监测，用于环境离子快速检测，或为生物科研提供高分辨率工具。
该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、河南省重点研发专项、四川省自然科学基金和中国博士后基金等科研项目的资助。近两年，智能传感器团队聚焦基于有机薄膜晶体管的超灵敏生物传感器研究，已经在npj Flexible Electronics，Food Chemistry，Science China Materials，Talanta，IEEE Transactions on Instrumentation & Measurement, Microchemical Journal, Microchimica Acta等国际知名期刊发表了系列重要研究成果。
论文链接：https://doi.org/10.1007/s40843-025-3420-x
