摘要：我国科学家成功研制出增益为3.1 × 10¹¹的光电器件，能在室温下探测数十个光子的信号，而基于此构建的检测平台实现了阿摩尔水平（亿亿分之一）蛋白生物标志物检测，大幅提升检测灵敏度，为疾病早期诊断开辟了全新技术路径。

我国科学家成功研制出增益为3.1 × 10¹¹的光电器件，能在室温下探测数十个光子的信号，而基于此构建的检测平台实现了阿摩尔水平（亿亿分之一）蛋白生物标志物检测，大幅提升检测灵敏度，为疾病早期诊断开辟了全新技术路径。

近日，湖南大学、中国科学院深圳先进技术研究院等单位合作，在Science Bulletin发表突破性研究，开发出基于二硫化钼（MoS₂）的“纳米光电放大器”。该器件仅60纳米宽，相当于头发丝的千分之一，创造了三项纪录：其一，超高灵敏度——可捕捉单个激光脉冲中低至10个光子的信号；其二，宽光谱响应——光信号识别范围横跨可见光到红外（波长0.37-1.55微米），覆盖医疗常用波段；其三，医疗级应用——检测血液中炎症标志物CRP蛋白的灵敏度达1.684阿摩尔/升（相当于1毫升血清中仅需7个蛋白分子即可识别）。

这三项性能突破得益于多项关键技术的协同创新。集成金纳米线的“纳米光电放大器”能有效将入射光信号放大百倍。同时，引入的应变使电子更容易穿越势垒注入MoS2的沟道中。此外，60 nm的器件沟道长度能够缩短器件的响应时间，增强信号增益，避免信号损耗。团队基于该“纳米光电放大器”搭建了超敏光免疫平台，实现了超灵敏检测C反应蛋白（CRP），并且动态范围跨越12个数量级（从单分子到高浓度全覆盖），还能在10%血清环境中保持稳定检测及高选择性。

研究团队认为，该技术将推动阿尔茨海默症、心脑血管疾病的超早期诊断，未来可集成到手机大小的便携设备中。凭借结构简单、可扩展性强、易于集成，该器件极具前景，有望成为下一代诊断平台的核心组件。

超灵敏光学免疫分析平台

超灵敏光学免疫分析平台的示意图，该平台由两个关键模块组成：一个是所构建的高灵敏度荧光夹心免疫体系以产生生物光信号，另一个是所制备的能够检测极低光信号的超高增益光电晶体管。

文章信息

Zhengdao Xie, Yun Hui, Wenhua Zhou, Shengxuan Xia, Yawei Lv, Liwei Ouyang, Yang Chai, Xingqiang Liu, Bei Jiang, Chang Liu, Sen Zhang, Chenchen Chu, Ling Ji, Guoli Li, Xue-Feng Yu, Lei Liao, Xuming Zou. Rational Design of an Ultra-High-Gain MoS2 Phototransistor Enabling Room-Temperature Detection of Few-Photon Signals and Attomolar-Level Immunosensing. Doi: 10.1016/j.scib.2025.08.010

来源：科创中国一点号