用于探测蛋白质结构的超灵敏生物传感器可以极大地提高对扩展到人类和动物的各种疾病的诊断深度。这些疾病包括阿尔茨海默病、慢性消瘦病和与蛋白质错误折叠有关的疯牛病疾病。这种生物传感器还可以改进开发新药物化合物的技术。这项研究的首席研究员、明尼苏达大学电子计算机工程系教授吴相贤(音)表示:“为了检测和治疗许多疾病，我们需要检测非常少量的蛋白质分子，并了解它们的结构。”“目前，这一过程存在许多技术挑战。我们希望，我们使用石墨烯和独特的制造工艺的设备将为克服这些挑战提供基础研究。”
石墨烯是十多年前发现的一种由单层碳原子组成的材料。它以其一系列令人惊叹的特性迷住了研究人员，这些特性在许多新的应用中都有应用，包括为检测疾病创造更好的传感器。
在利用石墨烯改进生物传感器方面已经做出了重大的尝试，但其独特的单原子厚度仍然存在挑战。这意味着当光线穿过它时，它不能有效地与光相互作用。当诊断疾病时，光的吸收和转换到局部电场对于检测少量分子是必不可少的。之前利用类似石墨烯纳米结构的研究只证明了光吸收率不到10%。
广告
广告
在这项新研究中，明尼苏达大学的研究人员将石墨烯与纳米尺寸的金丝带结合在一起。利用胶带和明尼苏达大学开发的一种叫做“模板剥离”的高科技纳米制造技术，研究人员能够为石墨烯创造一种超平坦的基底表面。
然后，他们利用光的能量在石墨烯中产生一种被称为电浆子的电子晃动运动，这种运动可以被认为是通过电子“海洋”传播的波纹或波。类似地，这些波可以建立在强度巨大的“潮汐波”的地方电场基于研究人员的聪明设计。
通过将光照射在单原子厚的石墨烯层设备上，他们能够以前所未有的效率创造出等离子体波，几乎完美地将94%的光吸收到电场的“潮汐波”中。当他们在石墨烯和金属带之间插入蛋白质分子时，他们就能够利用足够的能量来观察单层蛋白质分子。
“我们的计算机模拟表明，这种新方法是可行的，但当我们在真实设备中实现94%的光吸收时，我们还是有点惊讶，”Oh说，他是明尼苏达大学(University of Minnesota)电气工程桑福德·p·波多(Sanford P. Bordeau)教授。“从计算机模拟中实现理想有很多挑战。所有的东西都必须是高质量和原子水平的。我们能够在理论和实验之间取得如此良好的一致，这是相当令人惊讶和兴奋的。”
来源:明尼苏达大学
