石墨烯由于僅有一個原子層的厚度，它的電學性質極易受到外來吸附原子的影響。利用石墨烯這種獨特的性質，石墨烯可作為新型納米電子生物傳感器的生物探針，用來識別蛋白質，苯酚與單鏈脫氧核糖核酸（ DNA）。在這些報道中，制備的生物檢測器使用的石墨烯是機械剝離石墨烯或氧化石墨烯。受制備條件的限制，這些石墨烯片的尺寸小，其電學性能不夠穩定。化學氣相沉積（ CVD）的方法可以生長大面積石墨烯薄膜，有利于制造電子器件 。雙溫區 CVD 工藝在石英基片上直接生長了大尺寸的石墨烯，并將其作為生物探針，制作場效應晶體管（ FET）結構的生物
傳感器實現了對生物能量分子三磷酸腺苷（ ATP）的無標記檢測。
ATP 分子是生命體內組織細胞一切生命活動所需能量的直接來源，被譽為細胞內能量的“分子貨幣”，儲存和傳遞化學能，蛋白質、脂肪、糖和核苷酸的合成都需它參與，可促使機體各種細胞的修復和再生，增強細胞代謝活性。另外， ATP 還是中樞和外周神經系統一種神經遞質 ，在調節各種細胞的許多生物功能中起著重要作用。無催化的石墨烯不僅保持了傳統 CVD 石墨烯的高導電性，它還具有非常潔凈的表面，這種石墨烯生物傳感器具有高達毫秒級的時間分辨率和高靈敏度，在 0.002–5 mM 的大濃度范圍內與電流響應呈現出良好的線性關系。該技術對 ATP 分子的實時監測，為研究生命體的生理活動提供了一種新穎的平臺。
1 傳感器的結構
圖 1 是石墨烯生物傳感器的結構圖。石墨烯生物傳感器采用了場效應管（ FET）的構造，厚度為 25 μm 鎳箔垂直安裝在器件頂部作為柵電極（ Gate）；石墨烯直接生長在石英基片的表面作為導電溝道（生長方法如上章所述）， 1 mm 厚的導電銀漆（ PELCO）涂覆在石墨烯的兩側分別作為源電極（ Source）和漏電極（ Drain），并與測試的外電路相連。器件的測量室尺寸為 1.0 cm×1.0 cm×0.2 cm。
圖1 石墨烯生物傳感器的結構圖
2 ?傳感器的測量原理
圖 2 展示了 ATP 分子結構式， ATP 分子是由磷酸基和腺嘌呤核酸堿基構成，腺嘌呤核酸堿基的結構由于和石墨烯的六邊形的晶體結構相類似，可以吸附在石墨烯的表面，對石墨烯電子的輸運造成影響，從而改變石墨烯的電阻。不同濃度的 ATP 分子加入后對石墨烯導電性的影響不同，在傳感器中具體表現為漏源電流的改變，我們可以通過漏源電流的改變量來反映 ATP 的濃度。
測量前，將ATP的粉末加入重蒸餾水（ ddH2O），配置成濃度為 0.002–10 mM的ATP溶液。而后將不同濃度的溶液分別加入測量室中，施加一定數值的柵電壓，通過外電路觀察記錄源電流的變化。為了減少測量誤差，測量的外電路設計了一個直流電橋的結構，數據的獲取和系統的控制通過一個微處理器 (STM32F103ZET6, Semiconductor Inc.) 來完成。微處理器包含了一個 12–bit數/模（ D/A）轉化器和一個 12–bit模/數（ A/D）轉化器， D/A轉化器用來產生可調節的柵電壓（ 0–2.5 V）， A/D轉化器用來采集輸出電壓值，石墨烯的電阻可通過下式獲得：
其中， Vconst 是恒流源的恒定電壓， Rref 是參考電阻， R1， R2為定值電阻 （ R1=R2）用來限制電路中的電流， G是放大器的增益， Vout 是輸出電壓， RFET 是場效應管（ FET）中石墨烯的電阻值。流過石墨烯的電流（漏源電流）可表示為：
圖 2 ?ATP 分子結構式
