小分子代谢物（SMMs）是分子量较低的化合物（<500 Da），在各种生物过程中作为底物或产物发挥关键作用，并可作为疾病诊断、预后和治疗的重要生物标志物[1]、[2]。SMMs包括葡萄糖、多巴胺、皮质醇、乳酸、氨基酸、抗坏血酸和尿酸等参与细胞过程的有机分子。检测SMMs对于理解细胞过程、早期疾病诊断和环境条件监测至关重要。目前已有多种技术（如质谱法[3]、荧光[4]、核磁共振（NMR）光谱[5]和酶联免疫吸附测定（ELISA）[6]）被广泛应用于SMMs的检测。尽管这些技术具有出色的检测能力，但它们需要操作人员具备专业知识、专用设备以及样品预处理步骤，且分析时间较长。因此，设计出能够快速准确检测SMMs的有效器件至关重要。
OECTs凭借其独特的特性和优势，已成为检测SMMs的强大而创新的工具[7]。OECTs通过有机通道中离子和电子载流子的混合传输来实现功能。与传统场效应晶体管不同，OECTs依靠电解质中的离子流动来调节整个半导体通道的电导率[9]。这种独特机制使得栅极电极与晶体管器件的集成更加高效，从而提升了传感器的性能[10]。OECTs能够在水性和生理条件下工作，适用于生物样本中代谢物的实时分析[11]，其高跨导率有助于放大微弱的生物信号，实现低浓度代谢物的精确检测。OECTs具有灵活性和轻量化特点，适用于可穿戴或植入式生物传感器，实现代谢过程的连续监测[12]、[13]。Demuru等人开发了一种用于准确检测葡萄糖的OECT器件，石墨烯栅极晶体管表现出比印刷银栅极器件更优异的线性、重复性和灵敏度。该OECT器件的检测限低至100 nM，在30-5000 μM葡萄糖浓度范围内灵敏度为20%/decade[14]。OECT的栅极电极类型和几何形状对其性能有显著影响。Tarabella等人发现，银栅极OECT的电流调制能力优于铂栅极OECT，可能原因是电极的法拉第过程[15]。Zhang等人制备了一种用于灵敏检测葡萄糖的OECT器件，在10 nM-1 mM的宽线性范围内表现出优异的灵敏度[16]。
尽管OECTs在检测小分子方面具有潜力，但仍存在一些限制。一个主要挑战是实现特定分析物的高灵敏度和低检测限。例如，在多巴胺检测中，铂栅极OECT的检测限为5 nM，虽然优于传统电化学方法[17]，但对于某些分析物（如miRNA和唾液酸[18]、[19]）来说，这一灵敏度可能还不够。OECTs在检测小分子时的性能会受到多种因素的影响，栅极电极材料和操作电压的选择会显著影响灵敏度[17]，电解质的离子浓度也会影响器件性能，这在检测复杂生物样本中的小分子时可能成为限制因素[20]。研究人员探索了创新器件架构（如垂直OECTs）以提高灵敏度和响应时间。将OECTs与微流控系统集成实现了多种生物分子的实时、无标记检测。此外，引入分子印迹聚合物和适配体作为识别元件扩展了可检测分析物的范围。这些进展为OECT基传感器在即时检测、环境监测和食品质量监控等领域的应用奠定了基础。
近年来，关于OECT器件及其在检测多种SMMs方面的优化研究十分活跃。尽管相关综述文章较少，但主要集中在微电子[21]、生物电子[22]、[23]、[24]和生物标志物[25]、[26]等有限领域。最近，Huang等人总结了用于检测多种生物分子（包括小分子和大分子如DNA、RNA和蛋白质）的OECT生物传感器，强调了材料、微流控技术和人工智能/机器学习（AI/ML）的集成[25]。本文则重点关注那些在临床上至关重要但难以检测的低分子代谢物，因为它们含量低且结构相似。文章还讨论了小分子代谢物的生物学意义、检测挑战和独特传感机制，并详细介绍了OECT检测策略，比较了酶促和非酶促检测途径，提出了提高灵敏度的优化方法。本文详细介绍了OECT优化策略，包括通道材料选择、栅极功能化和器件几何工程设计。最后，强调了可穿戴和可降解OECT等新兴趋势，并提供了可拉伸纤维基传感器和环保可吸收基材的具体实例，以解决实际应用中的机械耐用性和环境可持续性问题。
