石墨烯傳感器可讓小分子“現(xiàn)形

寂靜天花板

盡管科學(xué)家因?yàn)槭o與倫比的屬性而對其青睞有加，但迄今為止，其實(shí)際應(yīng)用仍然乏善可陳。不過，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）生物納米系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室和西班牙光子科學(xué)研究所的科學(xué)家們在最新一期的《科學(xué)》雜志上宣稱，他們利用石墨烯獨(dú)特的光學(xué)和電子學(xué)屬性，研制出了一種具有超高靈敏度的分子傳感器，可以探測蛋白質(zhì)或藥物小分子的詳細(xì)信息。
在紅外吸收光譜學(xué)這種標(biāo)準(zhǔn)的探測方法中，光被用來激活分子。不同分子的振動不同，借由這種振動，分子會顯示其存在甚至表現(xiàn)自己的“性格”。這些“蛛絲馬跡”可在反射光中“讀出”。但在探測納米大小的分子時，這一方法的表現(xiàn)差強(qiáng)人意。因?yàn)檎丈浞肿拥募t外光子的波長約為6微米，而目標(biāo)分子僅幾個納米，很難在反射光中探測到如此微小分子的振動。

* N% i; s+ |5 [6 K6 ~0 u于是，石墨烯受命于危難之間。研究合作者丹尼爾·羅德里戈解釋道，如果讓石墨烯擁有合適的幾何形狀，其就能將光聚焦在表面上的某個特定點(diǎn)上，并“傾聽”附著其上的納米分子的振動。他說：“通過使用電子束轟擊并使用氧離子蝕刻，我們在石墨烯表面弄了一些納米結(jié)構(gòu)。當(dāng)光到達(dá)時，納米結(jié)構(gòu)內(nèi)的電子會振蕩，產(chǎn)生的‘局域表面等離子體共振’可將光聚集在某個點(diǎn)上，其與目標(biāo)分子的尺度相當(dāng)，因此，能探測納米大小的結(jié)構(gòu)。”
3 r' [3 e- p# o. R. S, f
除此之外，這一過程也能揭示組成分子的原子鍵的屬性。研究人員稱，當(dāng)分子振動時，連接不同原子的原子鍵會產(chǎn)生多種振動，不同振動之間的細(xì)微差別可提供與每個鍵的屬性以及整個分子的健康狀況有關(guān)的信息。為了找出每個原子鍵發(fā)出的“聲音”從而確定所有的頻率，需要用到石墨烯。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員對石墨烯施加不同的電壓，讓其“調(diào)諧”到不同的頻率，從而能“閱讀”其表面上的分子的所有振動情況，而使用目前的傳感器無法做到這一點(diǎn)。研究人員海蒂斯·奧特格說：“我們讓蛋白質(zhì)附著在石墨烯上，并用這一方法，得到了分子全方位的信息。”
9 ~/ j- j: Z) I9 Z
研究人員表示，這種簡單的方法表明，石墨烯在探測領(lǐng)域擁有不可思議的潛能，奧特格表示：“盡管我們研究的是生物分子，但這一方法或許也適用于聚合物和其他物質(zhì)。”