在一个与众多健康威胁作斗争的世界中；从快速传播的病毒到慢性病和耐药细菌——；对快速、可靠和易于使用的家庭诊断测试的需求从未像现在这样大。想象一下这样一个未来，任何人都可以在任何地方进行这些测试，使用的设备就像你的智能手表一样小巧便携。要做到这一点，你需要能够检测空气中微量病毒或细菌浓度的微芯片。

现在，纽约大学坦顿学院的一项新研究，包括电气和计算机工程教授Davood Shahrjerdi；化学和生物分子工程Herman F. Mark教授Elisa Riedo；化学和生物分子工程行业副教授朱塞佩·德·佩波（Giuseppe de Peppo）曾在Mirimus工作，他展示了开发和制造微芯片的可能性，这种微芯片不仅可以从一个咳嗽或空气样本中识别多种疾病，而且还可以大规模生产。

“这项研究为生物传感领域开辟了新的视野。作为智能手机、电脑和其他智能设备的支柱，微芯片已经改变了人们交流、娱乐和工作的方式。同样，今天，我们的技术将使微芯片彻底改变医疗保健，从医疗诊断到环境健康，”里多说，

“这种先进的方法可以更快地得到结果，同时检测多种疾病，并将数据立即传输给医疗保健提供者，”Sharjerdi说，他也是纽约大学纳米制造洁净室的主任，这是一个最先进的设施，在这里制造了本研究中使用的一些芯片。Riedo和Shahrjerdi也是纽约大学NanoBioX计划的联合主任。

场效应晶体管是现代电子学的重要组成部分，在寻找诊断仪器的过程中，它正成为一种强大的工具。这些微型设备可以用作生物传感器，实时检测特定病原体或生物标志物，而不需要化学标签或冗长的实验室程序。通过将生物相互作用转化为可测量的电信号，基于fet的生物传感器为诊断提供了快速和通用的平台。

最近的进展已经将FET生物传感器的检测能力推到了令人难以置信的小水平。低到飞摩尔浓度，或千万亿分之一摩尔；通过加入纳米线、氧化铟和石墨烯等纳米级材料。然而，尽管具有潜力，基于fet的传感器仍然面临着重大挑战：它们难以在同一芯片上同时检测多种病原体或生物标志物。目前定制这些传感器的方法，如在FET表面滴铸生物受体（如抗体），缺乏更复杂诊断任务所需的精度和可扩展性。

为了解决这个问题，这些研究人员正在探索修改FET表面的新方法，允许芯片上的每个晶体管进行定制，以检测不同的生物标志物。这将使多种病原体的平行检测成为可能。

热扫描探针光刻技术（tSPL）是一项突破性技术，可能是克服这些障碍的关键。该技术允许对聚合物包覆芯片进行精确的化学图型，使单个场效应管具有不同的生物受体（如抗体或适体）的功能化，分辨率可达20纳米。这与当今先进半导体芯片中晶体管的微小尺寸相当。通过允许对每个晶体管进行高度选择性的修改，这种方法为基于fet的传感器的开发打开了大门，该传感器可以在单个芯片上检测各种各样的病原体，具有无与伦比的灵敏度。

Riedo在tSPL技术的发展和扩散中发挥了重要作用，他认为在这里的使用进一步证明了这种纳米制造技术在实际应用中的开创性方式。她说：“tSPL现在是一种商用光刻技术，它是使每个FET具有不同生物受体以实现多路复用的关键。”

在测试中，使用tSPL功能化的FET传感器表现出了卓越的性能，每毫升可检测到低至3个原子摩尔（aM）浓度的SARS-CoV-2刺突蛋白和低至10个活病毒颗粒，同时有效区分不同类型的病毒。能够可靠地、高特异性地检测出如此微量的病原体，是制造便携式诊断设备的关键一步，这种设备有朝一日可以在从医院到家庭的各种环境中使用。

这项研究由布鲁克林的生物技术公司Mirimus和澳大利亚的跨国建筑和房地产公司LendLease共同支持，现已发表在《纳米级皇家化学学会》上。他们正在与纽约大学坦顿分校的团队合作，分别开发可穿戴设备和家用设备。

Mirimus总裁兼首席执行官Prem Premsrirut表示：“这项研究展示了产业界和学术界合作的力量，以及它如何改变现代医学的面貌。”“纽约大学坦顿分校的研究人员正在进行的工作将在未来的疾病检测中发挥重要作用。”

该项目的合作者、加州大学伯克利分校的Alberto Sangiovanni Vincentelli说：“像Lendlease这样的公司和其他参与城市再生的开发商正在寻找这样的创新解决方案，以感知建筑中的生物威胁。”“像这样的生物防御措施将成为未来建筑的新基础设施层。”

随着半导体制造业的不断发展，将数十亿纳米级场效应管集成到微芯片上，在生物传感应用中使用这些芯片的潜力变得越来越可行。一种通用的、可扩展的方法将FET表面功能化到纳米级精度，将使复杂的诊断工具得以创造，能够实时检测多种疾病，其速度和准确性可能会改变现代医学。