SARS-CoV-2的快速传播严重威胁了公众健康。建立灵敏的SARS-CoV-2检测方法对控制全球大流行具有重要意义。在这里，我们开发了石墨烯场效应晶体管(g- FET)生物传感器，实现了超灵敏的SARS-CoV- 2抗体检测，检测限(LoD)低至10-18 M(相当于10-16 g mL-1)水平。g- FET经过spike S1蛋白修饰，SARS-CoV-2抗体生物识别事件发生在石墨烯表面附近，100 μL全血清LoD为150个抗体，这是抗体检测LoD的最低值。检测临床血清样本的诊断时间缩短至2分钟。因此，g-FET快速和精确的SARS-CoV-2筛查，在未来预防和控制其他疫情暴发方面也有很大的希望。
图1 G-FET生物传感器用于SARS-CoV-2刺突抗体检测。(a) g-FET生物传感器示意图。(b)传感区域的SEM图像。(c)经SARS-CoV-2刺突S1蛋白均匀修饰的石墨烯AFM图像。(d)每一步功能化后石墨烯的XPS N 1s峰。(e) g-FET在每个固定步骤的转移特性曲线
图2 SARS-CoV-2刺突抗体的检测。(a) SARS-CoV-2刺突抗体生物识别示意图。(b)将g-FET生物传感器暴露于SARS-CoV-2尖刺抗体(随着浓度的增加，从上午5点到下午5点)后测量的转移特性。(c) ΔVDirac/ΔVDirac,max作为抗体浓度的函数。 (d)时间分辨|ΔIDS/I0的spike S1蛋白修饰的g-FET在SARS-CoV- 2抗体上 (e) |ΔIDS/I0| 反应分别在VGS = 0 V和0.5 V时作为抗体浓度的对数尺度函数。(f) |ΔIDS/I0|对FBS中抗CD79A IgA (500 aM)、MERS IgG (500 aM)和SARS-CoV-2尖刺抗体(50 aM)的应答。(g) VDS = 0.05 V时，IDS和gm对VGS的依赖关系。VGS = 0 V和0.5 V时的跨电导(h)、LoD (i)和灵敏度(j)比较误差条来自三个设备。
图3 临床样本的测量。(a) spike S1蛋白修饰g-FET生物传感器检测SARS-CoV-2抗体的工作流程。(b) |ΔIDS/I0|对临床样品S1-S9和N1-N9的应答。(c)加入临床样本N1和S4后实时|ΔIDS/I0|信号应答。(d) S1-S9诊断时间盒图。
相关科研成果由复旦大学Dacheng Wei和Zhaoqin Zhu等人于2021年发表在Nano Letters（https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c00837）上。原文：Ultrasensitive Detection of SARS-CoV‑2 Antibody by Graphene Field-Effect Transistors。
魏大程 研究员 博士生导师
地址: 上海市杨浦区淞沪路2005号
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邮编：200441 电话: 021-31248198
E-mail：weidc@fudan.edu.cn
1. 教育及工作经历
1) 工学学士: 浙江大学高分子材料及工程系，中国，1999 – 2003 (导师：汪茫 教授)
2) 理学博士: 中国科学院化学研究所，中国，2003 – 2009 (导师：刘云圻 院士，朱道本 院士)
3) 博士后: Stanford大学化学系，美国，2010 – 2011 (导师：美国国家科学院院士 中科院外籍院士 戴宏杰 教授)
4) 李光耀学者(独立P. I.): 新加坡国立大学物理系，新加坡，2009–2014 (合作教授：新加坡国家科学院原院长, 新加坡国家科学院院士 Andrew T. S. Wee 教授)。
5) 研究员/博士生导师: 聚合物分子工程国家重点实验室，高分子科学系 & 分子材料与器件实验室，复旦大学，2014年至今
2. 部分荣誉情况
1) 中国化工学会科学技术奖，一等奖 (第一完成人)，2021
2）国家重点研发计划项目负责人，2021
3) 中国高被引学者（Elsevier), 2020
4）巴渝学者讲座教授，2020
5）抗击新冠肺炎疫情先进集体(获奖集体: 魏大程课题组), 复旦大学, 2020
6）国家自然科学奖，二等奖，2019
7）卓识人才计划，复旦大学，2019
8) Nano Research Top Paper Award，2019
9）北京市科学技术奖，一等奖，2017
10) 国家高层次引进人才，2013
11）全国优秀博士学位论文提名奖, 2011
12）中国科学院优秀博士学位论文, 2010
13）李光耀研究学者奖, 新加坡, 2009
3. 学术任职
1）Elsevier出版社《Microelectronic Engineering》，编委
2）PiscoMed出版社《Remote Sensing》，编委
3）《中国化学快报》期刊，编委
4）《功能材料》期刊社，编委
5) MDPI出版社《Sensors》期刊，编委
7）Nat. Nanotechnol., Nat. Protocols., Nat. Commun. J. Am. Chem. Soc., ACS Nano, Adv. Funct. Mater., Small, Nano Res. 等审稿人
8）之江实验室博士后合作导师
9）担任国家重点研发计划、国家自然科学基金、军科委、上海科委等多个项目的项目负责人。
4. 开设课程
1）光电功能高分子材料，2015年至今，本科专业课程，复旦大学
2) 光电高分子及功能器件，2019年至今，研究生专业课程，复旦大学
3）复旦大学希德书院导师，2019年-2020年，复旦大学
4）UROPS, 2012.06-2012.12, 新加坡国立大学
5. 学术简介
特色原创性研究聚焦在共轭分子材料与器件研究领域，开发了这类材料的化学气相沉积 可控合成技术，研究这类材料在新型晶体管、光电传感器、化学与生物传感器领域的应用，取得了一系列创新成果。包括(1) 在国际上首次合成并实验研究了氮掺杂石墨烯，被美国科学院、工程院院士、哈佛大学教授M.S. Dresshauls认为是该领域的第一个实验工作，为该领域的发展奠定了基础。该合成方法成为氮掺杂石墨烯最常用的合成技术，被广泛应用于能源、催化、纳米电子器件等领域。(2) 开发了临界等离子增强化学气相沉积技术，实现高质量单晶石墨烯在介电表面生长的低温记录，与硅半导体工艺有很好的兼容性，为石墨烯在电子器件领域的产业化应用提供了一种关键的合成技术。(3) 开拓性地将石墨烯应用于有机电学器件的电极材料，为石墨烯的实用化应用开辟了新领域，是石墨烯应用于有机电子器件最早的工作之一。目前，石墨烯电极材料已经处于实用化阶段，在三星、LG等大公司的推动下，基于石墨烯电极的OLED屏幕已被用于手机、曲面电视等商品中。(4) 开发了一系列类石墨烯的二维共轭高分子材料，为新一代光电功能高分子材料的研发和设计提供理论指导和关键的合成技术。
目前，发表论文90余篇，其中24 篇论文发表在影响因子>10 的权威期刊上，包括Sci. Adv. (2 篇), Nat. Commun. (6 篇)，J. Am. Chem. Soc.(4 篇), Angew. Chem. Int. Ed (1 篇), ACS Nano (2 篇), Nano Lett. (3 篇), Acc. Chem. Res. (2 篇), Adv. Mater. (7 篇), Adv. Funct. Mater. (3 篇)等期刊上。授权中国专利14项，美国专利3 项，申请中国专利8项，合编专著2 部。多次被Nature Publishing Group, Springer 等出版社选为亮点报道，一项重要成果写入ITRS（国际半导体发展路线图）。他引5000 余次，5篇论文被Essential Science Indicators (ESI) 评为高引用论文，2 篇被ESI 评为相关领域的核心论文，1篇论文被评为历年来中国各领域SCI论文中引用最高的五十篇论文之一（截止2019年4月2日中国共发表7980595篇SCI论文）。
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