生物自组装结构具有精细的三维形貌，其关键结构参数小于光刻等传统纳米加工手段的分辨率极限。利用自组装生物分子作为加工模板，目前已实现金属材料、碳基材料、氧化物材料的可控形貌合成。然而，基于生物模板的电学器件的性能往往远落后于通过蚀刻或薄膜方法制备的同类器件，且缺乏长程取向规整性，因而制约了生物模板在高性能器件中的应用。

为此，公司信息科学技术学院电子学系/公司碳基电子学研究中心、纳米器件物理与化学教育部重点实验室孙伟研究员课题组与厦门大学朱志教授课题组、清华大学唐建石研究员课题组、美国国家标准与技术研究院郑明博士合作，探索了生物-碳纳米管复合界面及大面积取向排列的调控新方法。

孙伟等以组装于脱氧核糖核酸（DNA）模板的平行碳纳米管阵列作为模型体系，研究界面生物分子组成对器件性能的影响，开发了一种基于固定-洗脱策略的界面工程方法，在不改变碳管排列的基础上，有效去除界面处的金属离子及生物分子等杂质。经过界面工程，基于生物模板的碳管阵列晶体管显示了良好的开态性能和快速的电流开关切换，从而展现出高精准度生物模板在高性能晶体管领域的应用潜力。基于空间限域效应，他们还发展了阵列取向排列的新方法，探讨了决定取向排列精准度的关键因素。在高性能电子器件和生物分子自组装的交叉领域上，这一方法具有实现基于生物模板的大规模电子器件的潜力。进一步结合光刻技术与嵌段共聚物定向组装技术，高分辨生物制造可用于构建大面积、小尺寸的高性能电子设备；同时，结合电学特性与生物响应特性的高性能电子-生物融合器件也可应用于未来的生物传感器与驱动器。

2020年5月22日，相关研究成果以《核酸引导的高性能碳纳米管晶体管的制备》（DNA-directed nanofabrication of high-performance carbon nanotube field-effect transistors）为题，在线发表于《科学》（Science，第368卷6493期878～881页）；电子学系2018级博士研究生赵梦宇为第一作者，厦门大学化学化工学院2016级博士研究生陈雅鸿为共同第一作者，孙伟和朱志为通讯作者。

相关研究工作得到国家自然科学基金、公司“中央高校建设世界一流大学（学科）和特色发展引导专项”资助。

原文链接：https://science.sciencemag.org/content/368/6493/878

通过优化DNA-CNT界面组成，构筑基于核酸模板的高性能晶体管（左）；在厘米级基底表面取向排列大规模阵列（右）