二维过渡金属硫族化物的深入研究

二维材料，如过渡金属二硫化物，因其表面积大、表面敏感性高以及独特的电学、光学和电化学性质而在公共卫生领域得到应用。一个研究小组对用于调节二维过渡金属二硫化物(TMD)特性的方法进行了审查研究。这些方法具有重要的生物医学应用，包括生物传感。

该团队的工作发表在《纳米研究能源》杂志上。

该团队的目标是对这个有前途的领域进行全面总结，并展示该研究领域的挑战和机遇。

“在这篇综述中，我们重点介绍了调制二维TMD特性的最先进方法及其在生物传感中的应用。特别是，我们深入讨论了结构、固有特性、特性调制方法和生物传感应用TMD，”清华大学深圳国际研究生院材料研究所助理教授于磊说。

自2004年石墨烯被发现以来，TMD等二维材料就备受关注。由于其独特的性质，二维TMD可以作为原子级薄的能量存储和转换、光电转换、催化和生物传感平台。TMD还显示出宽带结构并具有不寻常的光学特性。二维TMD的另一个好处是它可以以低成本大量生产。

在公共卫生领域，可靠且经济实惠的体外和体内生物分子检测对于疾病预防和诊断至关重要。特别是在COVID-19大流行期间，人们不仅遭受了身体疾病的折磨，还遭受了与大量压力相关的心理问题的折磨。

过度的压力会导致血清素、多巴胺、皮质醇和肾上腺素等生物标志物水平异常。因此，科学家们必须找到非侵入性的方法来监测体液(例如汗液、眼泪和唾液)中的这些生物标志物。为了让医疗保健专业人员快速准确地评估一个人的压力并诊断心理疾病，生物传感器在诊断、环境监测和法医行业中具有重要意义。

该团队回顾了二维TMD作为生物传感功能材料的用途、调节TMD特性的方法，以及不同类型的基于TMD的生物传感器，包括电、光和电化学传感器。

“公共卫生研究始终是预防、诊断和抗击疾病的一项重大任务。开发超灵敏和选择性生物传感器对于疾病预防和诊断至关重要，”深圳盖姆石墨烯中心副教授兼首席研究员刘碧露说。，清华大学深圳国际研究生院。

二维TMD是一个非常灵敏的生物传感平台。这些基于二维TMD的电/光/电化学传感器已很容易地用于从小离子和分子(例如Ca2+、H+、H2O2、NO2、NH3)到生物分子(例如多巴胺)的生物传感器和皮质醇，它们与中枢神经疾病有关，一直到分子复杂性，如细菌、病毒和蛋白质。

研究团队确定，尽管潜力巨大，但与基于TMD的生物传感器相关的许多挑战仍然需要解决，才能产生真正的影响。他们提出了几个可能的研究方向。该团队建议使用机器学习辅助的反馈回路来减少构建数据库所需的测试时间，以找到合适的生物分子和TMD对。

他们的第二个建议是使用机器学习辅助的反馈回路来实现按需属性调制和生物分子/TMD数据库。知道基于TMD的复合材料在构建设备时表现出优异的性能，他们的第三个建议是采用表面修饰，例如缺陷和空位，以提高基于TMD的复合材料的活性。

他们最后的建议是开发低成本的低温制造方法来制备TMD。目前用于制备TMD的化学气相沉积方法会导致裂纹和皱纹。一种低成本、低温的方法将提高薄膜的质量。“随着关键技术问题的解决，基于二维TMD的设备将成为新医疗技术的首要候选者，”雷说。