石墨烯由于仅有一个原子层的厚度，它的电学性质极易受到外来吸附原子的影响。利用石墨烯这种独特的性质，石墨烯可作为新型纳米电子生物传感器的生物探针，用来识别蛋白质，苯酚与单链脱氧核糖核酸（ DNA）。在这些报道中，制备的生物检测器使用的石墨烯是机械剥离石墨烯或氧化石墨烯。受制备条件的限制，这些石墨烯片的尺寸小，其电学性能不够稳定。化学气相沉积（ CVD）的方法可以生长大面积石墨烯薄膜，有利于制造电子器件 。双温区 CVD 工艺在石英基片上直接生长了大尺寸的石墨烯，并将其作为生物探针，制作场效应晶体管（ FET）结构的生物
传感器实现了对生物能量分子三磷酸腺苷（ ATP）的无标记检测。
ATP 分子是生命体内组织细胞一切生命活动所需能量的直接来源，被誉为细胞内能量的“分子货币”，储存和传递化学能，蛋白质、脂肪、糖和核苷酸的合成都需它参与，可促使机体各种细胞的修复和再生，增强细胞代谢活性。另外， ATP 还是中枢和外周神经系统一种神经递质 ，在调节各种细胞的许多生物功能中起着重要作用。无催化的石墨烯不仅保持了传统 CVD 石墨烯的高导电性，它还具有非常洁净的表面，这种石墨烯生物传感器具有高达毫秒级的时间分辨率和高灵敏度，在 0.002–5 mM 的大浓度范围内与电流响应呈现出良好的线性关系。该技术对 ATP 分子的实时监测，为研究生命体的生理活动提供了一种新颖的平台。
1 传感器的结构
图 1 是石墨烯生物传感器的结构图。石墨烯生物传感器采用了场效应管（ FET）的构造，厚度为 25 μm 镍箔垂直安装在器件顶部作为栅电极（ Gate）；石墨烯直接生长在石英基片的表面作为导电沟道（生长方法如上章所述）， 1 mm 厚的导电银漆（ PELCO）涂覆在石墨烯的两侧分别作为源电极（ Source）和漏电极（ Drain），并与测试的外电路相连。器件的测量室尺寸为 1.0 cm×1.0 cm×0.2 cm。
图1 石墨烯生物传感器的结构图
2 传感器的测量原理
图 2 展示了 ATP 分子结构式， ATP 分子是由磷酸基和腺嘌呤核酸碱基构成，腺嘌呤核酸碱基的结构由于和石墨烯的六边形的晶体结构相类似，可以吸附在石墨烯的表面，对石墨烯电子的输运造成影响，从而改变石墨烯的电阻。不同浓度的 ATP 分子加入后对石墨烯导电性的影响不同，在传感器中具体表现为漏源电流的改变，我们可以通过漏源电流的改变量来反映 ATP 的浓度。
测量前，将ATP的粉末加入重蒸馏水（ ddH2O），配置成浓度为 0.002–10 mM的ATP溶液。而后将不同浓度的溶液分别加入测量室中，施加一定数值的栅电压，通过外电路观察记录源电流的变化。为了减少测量误差，测量的外电路设计了一个直流电桥的结构，数据的获取和系统的控制通过一个微处理器 (STM32F103ZET6, Semiconductor Inc.) 来完成。微处理器包含了一个 12–bit数/模（ D/A）转化器和一个 12–bit模/数（ A/D）转化器， D/A转化器用来产生可调节的栅电压（ 0–2.5 V）， A/D转化器用来采集输出电压值，石墨烯的电阻可通过下式获得：
其中， Vconst 是恒流源的恒定电压， Rref 是参考电阻， R1， R2为定值电阻 （ R1=R2）用来限制电路中的电流， G是放大器的增益， Vout 是输出电压， RFET 是场效应管（ FET）中石墨烯的电阻值。流过石墨烯的电流（漏源电流）可表示为：
图 2 ATP 分子结构式
