论文信息

研究背景

光电化学晶体管（Photoelectrochemical Transistor, PECT）作为一项新兴技术，融合了光电化学生物传感的高信噪比、高灵敏度特性，以及晶体管本征的信号放大能力，能够实现光-电-生物识别事件的相互关联，使其在生物传感、逻辑电路和神经形态器件等领域被广泛关注。电流增益（ΔI_DS/ΔI_GS）是评价PECT信号放大效率的关键指标，开发高增益PECT器件并用于高灵敏生物传感具有重要的科学研究意义和应用价值。

文章概述

近日，盐城工学院王成双、孔粉英和王伟教授联合南京大学赵伟伟教授基于团队前期研究工作（Adv. Funct. Mater. 2026, 36: e27361; Adv. Funct. Mater. 2025, 35: 2500235；J. Anal. Test. 2026, 10: 654–662），在氢键有机框架（HOF）结构引入卟啉和二氨基三嗪（DAT）结构，设计合成了双位点供体-受体型HOF（DS D-A HOF）。结合适配体传感策略通过酸解释放Cu(II)离子，通过Cu(II)金属化分别锚定于卟啉和DAT结构中赋予DS D-A HOF良好的光响应特性，利用DS D-A HOF的Cu(II)金属化高效调控PECT并用于河豚毒素（TTX）的生物传感。Cu(II)金属化可使PECT器件的电流增益从0.9×10⁵提高至4.7×10⁵。该器件应用于实际样品TTX检测时，检测限低至6.6 fg mL^–1，较以往研究报道的检测限降低了三个数量级。

图文导读

图1 (a) HOF制备及其Cu(II)金属化示意图。(b) 双位点Cu(II)金属化DS D-A HOF示意图。(c) 适配体辅助TTX检测策略示意图。(d) Cu(II)金属化DS D-A HOF实现高增益PECT示意图。

图2 (a) DS D-A HOF，(b) DS D-A HOF-Cu，(c) SS-HOF和(d) SS-HOF-Cu的SEM图及EDS mapping图。 (e) DS D-A HOF和DS D-A HOF-Cu的FTIR图。(f) DS D-A HOF和DS D-A HOF-Cu的Raman图。(g) HOF及其Cu(II)金属化HOF的PXRD图。(h) DS D-A HOF和DS D-A HOF-Cu的Cu 2p XPS高分辨图。(i) DS D-A HOF和DS D-A HOF-Cu的能级图。(j) SS-HOF和SS-HOF-Cu的能级图。(k) HOF及其Cu(II)金属化HOF的瞬态PEC图。(l) HOF及其Cu(II)金属化HOF的EIS图。

图3 (a) DS D-A HOF-Cu的Cu K-edge XANES图。(b) DS D-A HOF-Cu的k³-weighting FT-EXAFS图。(c) FT-EXAFS的R空间拟合结果。(d) FT-EXAFS的k空间拟合结果。(e) Cu foil，(f) Cu₂O，(g) DS D-A HOF-Cu，(h) Cu-Por和(i) CuO的WT-EXAFS图。

图4 (a) DS D-A HOF (001)和(b) DS D-A HOF-Cu (001)的功函数。(c) DS D-A HOF和(d) DS D-A HOF-Cu的分子静电势图。(e) DS D-A HOF和(f) DS D-A HOF-Cu的差分电荷密度图。

图5 (a) DS D-A HOF和(b) DS D-A HOF-Cu栅控PECT的瞬时I_DS与I_GS响应图。(c) HOF及其Cu(II)金属化HOF栅控PECT的电流增益图。(d) 不同PECT的电流增益比较图。(e) HOF及其Cu(II)金属化HOF栅控PECT的转移曲线图。(f) PECT的界面电势分布示意图。(g) Cu(II)金属化前后PECT的离子迁移机理图。

图6 (a) 不同浓度TTX对应的瞬态I_DS响应；(b) PECT对不同浓度TTX的响应的校准曲线。(c) PECT的选择性测试。(d) 标准加入法测试回收率。误差棒由5次平行试验的标准偏差得出，*p < 0.05。

结论

本研究基于双位点Cu(II)金属化DS D–A HOF构建高增益PECT器件并用于高灵敏生物传感。通过在HOF中引入卟啉和DAT结构，结合适配体传感策略通过酸解释放Cu(II)离子，利用其双位点Cu(II)金属化赋予DS D-A HOF良好的光响应特性，PECT器件实现了高达4.7×10⁵的电流增益。XAFS和DFT结果表明，双位点Cu(II)可协同调控DS D–A HOF的电子结构，降低其功函数进而促进光生载流子的高效分离与迁移。该PECT器件用于实际样品TTX检测时，检测限低至6.6 fg mL^–1，较以往研究报道的检测限降低了三个数量级。该工作有望推动对光-栅极材料相互作用的研究，进一步开发具有独特性能的新型PECT器件。

期刊介绍

Angewandte Chemie是全球化学领域最具影响力的顶级期刊之一，由Wiley出版，创刊于1887年，最新影响因子为16.9。