北大团队“碳纳米管”技术在光谷产业化，传感芯片可在一个游泳池里检出一粒盐

一根碳纳米管，直径1到2纳米，只有头发丝万分之一。用它做成的传感器，能检测到aMc（10⁻¹⁸ mol/L）级别的生化分子——相当于在一个标准游泳池里找出一粒盐。

碳基传感器晶圆

如今，这项源自北京大学碳基电子研究团队的技术，正在通过武汉纳为科技有限责任公司（以下简称“纳为科技”）走向产业化。碳基水质传感芯片已在全国16个省区市的供水管网中稳定运行，守护着数百万人的饮水安全。同时，来自纳为科技的产品正打开海外市场，在美国展开测试。

灵敏度提高百倍，成本大降九成

碳纳米管是一种非常特殊的材料。两个特性决定了它的“超能力”：一是比表面积（指单位质量或单位体积物料所具有的总面积）极大，哪怕只有极少量的目标分子接触到碳管表面，它的电导率就会发生显著变化；二是电子在里面跑得极快，大约是硅的100倍以上，这意味着同等条件下碳基器件的速度更快、功耗更低。

肖梦梦介绍碳基传感器晶圆

北京大学电子学院碳基电子学研究中心副研究员肖梦梦介绍：“我们把这种材料做成了传感器。具体架构叫‘感传解耦’型碳基浮栅晶体管。通俗来说，就是传感区域负责高灵敏捕获目标分子，晶体管负责把微弱信号放大读出，分工合作。2020年，我们实现了100aM的检测极限，比当时国际最高水平提高了100倍。”

为了把实验室里“娇气”的传感器变成能批量生产的产品，肖梦梦说：“我们在晶圆制造上做了大量优化，最终将晶圆级批次的性能不均一性控制在6%以内，同时开发了特殊的封装工艺，让敏感的碳管传感器在真实水环境中也能稳定工作，而且成本降低了90%。”

多参数水质传感器应用场景

但水只是一个起点。碳基传感器本质上是一个通用平台，更换不同的探针分子，就能测不同的目标。肖梦梦介绍：“在医疗领域，我们已经在做癌症标志物筛查、阿尔茨海默症早筛，拿到了国内首个面向阿尔茨海默症血清标志物早筛的FET（场效应晶体管）生物传感技术发明专利。工业安全领域，碳基氢气传感器已通过国家计量院认证，应用于氢能源汽车。”

未来，碳基传感器将像芯片一样无处不在，装在你家的净水器里，贴在你的皮肤上监测健康指标，部署在城市的每一条供水管道中。

拿下海外订单，获日内瓦国际发明展银奖

2022年9月，纳为科技成立于光谷。董事长朱海峰介绍：“我们盯准了一个痛点：水质监测。传统设备依赖化学试剂，产生二次污染；进口设备价格高昂，维护复杂。而碳基传感器不需要试剂、不产生废液、功耗极低，正好解决这些问题。我们联合北大团队开发的多参数水质传感器，将浊度、温度、余氯、电导率和pH五个关键参数集成于一体，无需化学试剂、无二次污染，维护周期从1个月延长至6个月以上，价格仅为进口产品的50%。”

朱海峰手里拿着多参数水质传感器

说得再好，不如在真实场景里跑一跑。朱海峰介绍：“我们在武汉一家自来水厂进行了为期半年的连续比对测试：纳为科技的碳基传感器与进口高端设备并排运行，偏差极小，连续3个月未做任何维护。今年7月，湖北省农村供水藻华监测预警专家组在未提前通知的情况下，抽查了江夏五里界水厂水源地水质监测站，获得一致好评。”

纳为科技

截至目前，纳为科技的产品已进入全国16个省区市。技术也获得了国内外认可，企业参加日内瓦国际发明展，获得银奖。

市场正在用脚投票。朱海峰介绍：“我们的样品已经发到美国客户手中测试，反馈良好，正在办理认证手续，预计最快明年上半年就可以在美国正式发售。”