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基于石墨烯的新型器件或可實(shí)現(xiàn)超靈敏生物傳感器  圖片來源：明尼蘇達(dá)大學(xué)。 明尼蘇達(dá)大學(xué)理工學(xué)院的研究人員利用神奇材料——石墨烯開發(fā)了一種獨(dú)特的新裝置，它為超靈敏生物傳感器的研制提供了第一步基礎(chǔ)，能夠以近乎完美的效率檢測分子水平的疾病。 用于探測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的超靈敏生物傳感器可以大大提高對(duì)廣泛分布于人類和動(dòng)物的各種疾病的診斷深度。這些疾病包括阿爾茨海默病、慢性消耗性疾病和與蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊相關(guān)的瘋牛病。這種生物傳感器還可能導(dǎo)致開發(fā)新藥物化合物的技術(shù)得到改進(jìn)。 這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然納米技術(shù)Nature Nanotechnology》上，這是一本由自然出版集團(tuán)出版的同行評(píng)審的科學(xué)期刊。 “為了檢測和治療許多疾病，我們需要非常少量地檢測蛋白質(zhì)分子并了解它們的結(jié)構(gòu)，”明尼蘇達(dá)大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程教授、該項(xiàng)研究的首席研究員Sang-Hyun Oh說�！澳壳埃@一過程存在許多技術(shù)挑戰(zhàn)。我們希望我們使用石墨烯和獨(dú)特的制造工藝的設(shè)備能夠提供有助于克服這些挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)研究�！� 石墨烯是由單層碳原子構(gòu)成的材料，十多年前被發(fā)現(xiàn)。它的一系列驚人的特性吸引了研究人員，這些特性在許多新的應(yīng)用中都有應(yīng)用，包括為檢測疾病創(chuàng)造更好的傳感器。 人們已經(jīng)做出了大量的嘗試來改進(jìn)使用石墨烯的生物傳感器，但由于其單原子厚度的顯著性，這一挑戰(zhàn)仍然存在。這意味著當(dāng)光線通過它時(shí)，它不能有效地與光線交互。在診斷疾病時(shí)，光吸收和向局部電場的轉(zhuǎn)換對(duì)于檢測少量分子是至關(guān)重要的。以前使用類似石墨烯納米結(jié)構(gòu)的研究僅證明光吸收率小于10%。 在這項(xiàng)新的研究中，明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員將石墨烯與納米金金屬帶結(jié)合在一起。研究人員利用粘膠帶和明尼蘇達(dá)大學(xué)開發(fā)的一種稱為“模板剝離”的高科技納米制造技術(shù)，為石墨烯創(chuàng)造了一種超平的基面。 然后，他們利用光的能量在石墨烯中產(chǎn)生一種稱為等離子體的電子的晃動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這種晃動(dòng)運(yùn)動(dòng)可以被認(rèn)為是像波紋或波在電子的“海洋”中傳播。同樣，根據(jù)研究人員的巧妙設(shè)計(jì)，這些波可以增強(qiáng)到局部電場的巨大“潮汐波”的強(qiáng)度。 通過在單原子厚度的石墨烯層器件上發(fā)光，他們能夠以近乎完美的94%的光吸收率創(chuàng)造出一種具有空前效率的等離子體波進(jìn)入電場的“潮汐波”。當(dāng)他們?cè)谑┖徒饘俳z帶之間插入蛋白質(zhì)分子時(shí)，他們能夠利用足夠的能量來觀察單層的蛋白質(zhì)分子。 “我們的計(jì)算機(jī)模擬表明這種新方法是可行的，但當(dāng)我們?cè)趯?shí)際設(shè)備中實(shí)現(xiàn)94%的光吸收時(shí)，我們?nèi)匀挥悬c(diǎn)驚訝，” Sang-Hyun Oh說，他還是明尼蘇達(dá)大學(xué)電氣工程系的桑福德·P·波爾多(Sanford P.Bordeau)主席�！皬挠�(jì)算機(jī)模擬中實(shí)現(xiàn)理想有許多挑戰(zhàn)。一切都必須是如此高品質(zhì)和原子水平。我們能夠在理論和實(shí)驗(yàn)之間取得如此好的一致，這一事實(shí)令人驚訝和興奮�！� |
