石墨烯傳感器可讓小分子“現(xiàn)形”

在紅外吸收光譜學(xué)這種標(biāo)準(zhǔn)的探測(cè)方法中，光被用來激活分子。不同分子的振動(dòng)不同，借由這種振動(dòng)，分子會(huì)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(cè)納米大小的分子時(shí)，這一方法的表現(xiàn)差強(qiáng)人意。因?yàn)檎丈浞肿拥募t外光子波長(zhǎng)約為6μm，而目標(biāo)分子僅幾個(gè)納米，很難在反射光中探測(cè)到如此微小分子的振動(dòng)。

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(gè)特定點(diǎn)上，并“傾聽”附著其上的納米分子的振動(dòng)。他說：“通過使用電子束轟擊并使用氧離子蝕刻，我們?cè)谑┍砻嫘纬梢恍┘{米結(jié)構(gòu)。當(dāng)光到達(dá)時(shí)，納米結(jié)構(gòu)內(nèi)的電子會(huì)振蕩，產(chǎn)生的‘局域表面等離子體共振’可將光聚集在某個(gè)點(diǎn)上，其與目標(biāo)分子的尺度相當(dāng)，因此，能探測(cè)納米大小的結(jié)構(gòu)。”

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(dòng)時(shí)，連接不同原子的原子鍵會(huì)產(chǎn)生多種振動(dòng)，不同振動(dòng)之間的細(xì)微差別可提供與每個(gè)鍵的屬性以及整個(gè)分子與健康狀況有關(guān)的信息。為了找出每個(gè)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(duì)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(dòng)情況，而目前使用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。”

研究人員表示，這種簡(jiǎn)單的方法表明，石墨烯在探測(cè)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)。”

石墨烯傳感器可讓小分子“現(xiàn)形”

盡管科學(xué)家因?yàn)槭o與倫比的屬性而對(duì)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?cè)谧钚乱黄诘摹犊茖W(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(cè)蛋白質(zhì)或藥物小分子的詳細(xì)信息。