阿尔茨海默病（AD）是一种渐进性的神经退行性疾病，影响着全球数千万人的健康。AD的病理学特征主要包括β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块和磷酸化tau蛋白组成的神经原纤维缠结。其中，Aβ42被认为是关键的神经毒性物质，其在血液中的浓度与脑内淀粉样蛋白沉积密切相关，是AD早期诊断的核心生物标志物。然而，由于血脑屏障的存在，血液中Aβ42的浓度极低，且背景复杂、干扰物众多，导致传统检测方法的灵敏度和特异性难以满足临床早期筛查的需求。因此，开发一种能够精准、超灵敏检测血液中Aβ42的新技术，对于实现AD的早期干预至关重要。
针对以上问题，物理与光电工程学院张晗教授与华中科技大学骆海明教授联合在《Research》上发表题为“Light-Triggered Graphene/Black Phosphorus Heterostructure FET Platform for Ultrasensitive Detection of Alzheimer’s Disease Biomarkers at the Zeptomole Level”的研究论文。深圳大学为第一完成单位和通讯作者单位，张晗教授、骆海明教授为共同通讯作者。
该研究开发了一种新型的光触发石墨烯-黑磷异质结（G-BP）场效应晶体管（FET）生物传感平台。利用静电栅控-光栅控级联放大机制，即当施加特定波长的光照时，黑磷层吸收光子产生大量光生电子-空穴对，这些光生载流子会产生显著的光栅控效应，进一步放大由生物标志物的静电栅控所引起的传感信号。这种静电栅控与光栅控协同的级联放大机制，使得传感器件的信号响应得到巨大增强，从而实现检测灵敏度的大幅提升。为AD的无创早期诊断、疾病监测和个性化治疗方案提供了强有力的理论与实验支持。
图1. 黑磷光电生物检测芯片工作原理
实验结果表明，光照条件下该平台对Aβ42的检测限（LOD）低至2.351×10−19M (235.1 zM)。这一数值是目前所有已报道Aβ42检测技术中的最低纪录，比现有其他生物传感平台高出2-3个数量级。与暗态条件下的检测限（2.767×10−18M）相比，光照条件下LOD提升了11.77倍。此外，整个检测过程可在约5分钟内完成，实现了对AD生物标志物的即时检测。同时，该器件对Aβ42表现出高特异性检测能力，即使在Aβ38和Aβ40等结构类似物的干扰下，也能实现精准识别。
基于黑磷异质结器件的兼具超高灵敏度、高特异性和快速响应特性的光电生物传感平台，为阿尔茨海默病的血液检测提供了革命性的解决方案。有望将AD的诊断窗口大幅前移，对延缓疾病进程具有重大意义。此外，该传感平台具有良好的可扩展性，通过更换不同的识别探针（如抗体、适配体等），该平台有望应用于其他多种重大疾病（如癌症、心血管疾病等）的早期标志物检测，在精准医疗和大规模健康筛查领域展现出广阔的应用前景。
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