Guan-Cheng Zeng, She Yi-Te, Ching-Yao Lan, Yi-Fang Wu, Chia-Kai Lin, Hsuan-Wei Huang,
Jung-Chih Chen, Sheng-Chun Hung, Guo-Chun Dong, and Yu-Lin Wang*
Anal. Chem. 2026, 98, 20, 14748–14761

國立清華大學 奈米工程與微系統研究所/動力機械工程學系/半導體學院
王玉麟教授

本研究針對反應動力學對感測器性能的關鍵影響，開發一套以延伸閘極場效應電晶體為核心的高靈敏度鉛離子感測平台。系統結合對鉛離子具有高度親和力的分子探針，並透過DNA連接探針分子，建構穩定且可監測的功能性分子層。此設計充分利用DNA優異的官能基修飾能力，使其兩端能夠同時與金電極以及探針分子反應，並藉由DNA上的螢光標記，即時監測表面修飾品質與分子密度，提升元件的一致性與可靠性。本研究的核心創新在於提出脈衝溫度曲線策略。根據密度泛函理論模擬結果，分子探針與重金屬離子之間的螯合反應需克服一定的活化能障礙。為突破此動力學限制，系統先施加短時間高溫以促進正向反應，加速離子與探針之結合；隨後迅速降溫至室溫，使已形成的複合物得以穩定並抑制逆向解離反應，進而顯著提升整體訊號強度與反應效率。實驗結果顯示，此感測平台可達到低至1 pM的偵測極限，並在多種金屬離子干擾條件下仍展現優異的選擇性。在實際應用方面，本技術成功應用於河水與葡萄籽萃取液中微量鉛離子的檢測，並透過標準參考物質進行驗證。綜合而言，此感測平台兼具高靈敏度、高選擇性與良好實用性，為環境監測與食品安全檢測提供一種快速且具潛力的解決方案。