近日，北京大学信息科学技术学院电子学系/北京大学碳基电子学研究中心、纳米器件物理与化学教育部重点实验室孙伟研究员课题组及其合作者，探索了生物-碳纳米管复合界面及大面积取向排列的调控新方法。相关研究成果以《核酸引导的高性能碳纳米管晶体管的制备》为题，在线发表于《科学》。

       课题组基于DNA模板的高性能碳纳米管晶体管研究取得的新成果，具有实现基于生物模板的大规模电子器件的潜力，同时也可应用于未来的生物传感器与驱动器。


       生物自组装结构具有精细的三维形貌，其关键结构参数小于光刻等传统纳米加工手段的分辨率极限。利用自组装生物分子作为加工模板，可以实现金属材料、碳基材料、氧化物材料的可控形貌合成。

       然而，此前基于此的电学器件的性能往往远落后于传统方法制备的同类器件，且缺乏长程取向规整性，因而制约了生物模板在高性能器件中的应用。

       针对这一高性能电子器件和生物分子自组装的交叉领域的难题，研究团队以组装于脱氧核糖核酸(DNA)模板的平行碳纳米管(CNT)阵列作为模型体系，研究界面生物分子组成对器件性能的影响，开发了一种基于固定-洗脱策略的界面工程方法，在不改变碳管排列的基础上，有效去除界面处的金属离子及生物分子等杂质。

       经过界面工程，基于生物模板的碳管阵列晶体管显示了良好的开态性能和快速的电流开关切换，展现出了高精准度生物模板在高性能晶体管领域的应用潜力。


       基于空间限域效应，研究团队还发展了阵列取向排列的新方法，探讨了决定取向排列精准度的关键因素。
       当前方法具有构建基于生物模板的大规模电子器件的潜力；进一步结合光刻技术与嵌段共聚物定向组装技术，高分辨生物制造可用于构建大面积、小尺寸的高性能电子设备;同时，兼具电学特性与生物响应特性的高性能电子-生物融合器件也可应用于未来的生物传感器与驱动器。