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石墨烯传感器实现纳米分子检测

欧洲研究人员最近开发出一种以石墨烯制造的感测器,可用于检测诸如蛋白质与药物的分子。这种感测器具有高敏感度且可加以配置,从而将石墨烯的独特电气与光学性能导入实际的应用中。

欧洲研究人员最近开发出一种以石墨烯制造的感测器,可用于检测诸如蛋白质与药物的分子。这种感测器具有高敏感度且可加以配置,从而将石墨烯的独特电气与光学性能导入实际的应用中。

由瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)与西班牙光子科学院(Institute of Photonic Sciences)共同组成的一支研究团队,最近利用石墨烯改善了分子检测的红外线吸收光谱。传统上,这种方法主要利用光激发分子,依据各自性质产生不同的振动,同时创造出一种能以反射光读取的独特标识。

但这种方法并不适用于奈米级分子,因为奈米分子通常比用于检测分子的6微米红外光子波长明显更小。然而,研究人员们发现,石墨烯能够聚光于特定焦点上,从而准确地“听”到奈米级分子的振动。

石墨烯传感器实现纳米分子检测

石墨烯可实现高敏感度的振动光谱与检测折射率(来源:EPFL)

根据EPFL,“当光线到达时,石墨烯奈米结构中的电子开始振荡。这种现象被称为‘局部表面等离子共振’,从而将光线集中于微小的焦点,其大小约相当于目标分子的尺寸,因而能够用于检测奈米结构。”

针对这种感测器的潜在应用范围从侦测气体外泄、检测有毒与易爆气体、测量并检测DNA与蛋白质以及水中污染物。

透过施加各种电压大小,可将石墨烯调谐成不同的频率——这是采用现有感测器不可能实现的任务。此外,透过评估不同振动之间的细微差别过程,还可展现以分子方式连接原子的键合特性。

当石墨烯的电子以不同方式振荡时,它能够“读取”附着在表面上的所有分子振动。“我们在附着于石墨烯的蛋白质上测试这种方法。它让我们对于这种分子的瞭解更完整,”EPFL生物奈米光电系统(BIOS)实验室发教授Hatice Altug表示。

Altug表示,基于石墨烯的制程还可用于聚合物以及许多其他物质。该研究结果已发表于《科学》(Science)期刊中。

编译:Susan Hong

(参考原文:Graphene Sensor Detects Nano Molecules,by Jessica Lipsky)

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