美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发出一种新型场效应晶体管传感器，其灵敏度相比传统设计提升了20倍，并在液体环境中保持稳定工作。这项技术基于石墨烯等二维材料，能够精确监测生物标志物和有害化学物质，应用于医疗诊断和环境监测领域。

据论文通讯作者、电气工程副教授Aida Ebrahimi介绍：“当浸入液体时，传统场效应晶体管面临信号漂移问题，导致读数准确性降低。除了信号漂移，这些设备还面临漏电和由扫描引起的不稳定性，影响长期可靠性。”这使得晶体管难以应用于植入式设备或流体交互场合。

论文第一作者、电气工程博士生Vinay Kammarchedu解释道：“我们调整了设计，采用两个栅极而非一个，使我们能够独立控制流过系统的电流量。使用两个栅极，我们可以保持电流恒定，消除信号漂移的一个主要原因。此外，我们在其中一个栅极上添加了反馈系统，以更准确地跟踪分子对传感器电压的影响。”Kammarchedu补充说：“反馈系统通过利用每个栅极不同的电容量工作——顶部栅极的电容量是底部栅极的10倍，这意味着它对环境非常敏感，而底部栅极则充当电子平衡器。这种关系放大了信号，提高了传感器的响应能力。”

该团队在宾夕法尼亚州立大学的纳米制造实验室创建了晶体管，在硅晶圆基底层上图案化超薄金属、绝缘氧化物和单原子厚度的石墨烯层。他们将传感器集成到定制电路板中，测试显示灵敏度提升20倍，信号漂移减少15倍。Ebrahimi表示：“这些晶体管不仅对电气噪声和信号漂移具有高度弹性，而且工程改进显著提高了灵敏度。这使得传感应用范围广泛，可在医疗中检测低浓度化学物质和生物分子，也可用于农业和环境监测。”

目前，团队正优化传感器以识别与帕金森病相关的挥发性有机化合物，并探索使用不同二维材料提升性能。Ebrahimi说：“我们的紧凑系统弥合了纳米级材料与实际便携式诊断工具之间的差距。这种架构已经小型化，可以大规模实现，并直接集成到传统电路板和集成电路中。”该研究得到了美国国家科学基金会的支持。