石墨烯又添新功能——癌细胞探测

自2004年石墨烯问世以来,其在各个领域发挥着重要作用。近期,芝加哥伊利诺斯大学(UIC)的研究人员发现石墨烯可以进行癌细胞的早期诊断。将石墨烯与大脑细胞相连接,这个神奇的二维碳材料就可以把活跃的癌细胞和正常细胞区分出来。

自2004年石墨烯问世以来,其在各个领域发挥着重要作用。近期,芝加哥伊利诺斯大学(UIC)的研究人员发现石墨烯可以进行癌细胞的早期诊断。将石墨烯与大脑细胞相连接,这个神奇的二维碳材料就可以把活跃的癌细胞和正常细胞区分出来。

石墨烯又添新功能——癌细胞探测

检测原理

石墨烯是一种由单层的碳原子连接成六边形的网眼状结构的纳米材料,所有的原子共用一个在表面自由移动的电子云。石墨烯是目前已知的所有材料中最薄的,对表面的变化十分敏感。

石墨烯检测癌细胞的原理十分简单,主要与其表面连接细胞的活跃程度有关。该项目的研究人员,UIC化学工程专业的副教授Vikas Berry解释道:细胞与石墨烯的连接使石墨烯的原子重新排列,从而改变了原子间的振动能量。当连接癌细胞时,石墨烯晶格中的原子振动能与连接正常细胞是不同的。因为癌细胞过于活跃,使连接界面带有大量的负电荷,释放较多的原子核质子。

拉曼光谱分析是石墨烯研究中经常被使用的研究方法。石墨烯连接不同细胞后振动能量的改变也可以通过拉曼光谱检测得到,从而区分单个细胞的活力。

通过石墨烯可以将正常的人脑的星形细胞和对应的癌变细胞相比较,该项技术已经在患癌的小白鼠上进行研究。Vikas Berry副教授表示:对小白鼠研究结果是非常成功的。很快我们就可以直接在病人的活体组织上进行试验了。

技术应用

检测癌细胞的存在只是一个最基本的功能。如果病人已经进行过脑瘤手术,可以利用该技术来检测癌症是否复发。我们只需要一个可以和石墨烯连接起来的细胞样品,就可以知道癌细胞是否存在了。

此外,该技术还可以通过细胞的活跃度来区分细胞类型。例如,我们可以用携带有细菌的石墨烯来区分菌株是革兰氏阳性还是革兰氏阴性的。目前,该项研究成果已发表在期刊ACS Applied Materials & Interfaces

其实,早在几个月前,Vikas Berry副教授和他的合作者临床医学神经外科专业的助理教授Ankit Mehta早就发现了该项原理的另一个应用。通过将石墨烯缠绕在短棒状细菌上,改变其原子振动能,在石墨烯上引入纳米级波纹,让它在不同方向上传播,然后再真空吸走细菌。该研究对于电子设备的发展是非常有用的。

此次癌细胞探测的研究是将早期的研究工作反过来考虑,把细胞连接在石墨烯上,通过石墨烯原子振动能的改变来检测细胞的不同。

原文链接:First use of graphene to detect cancer cells.

文献链接:Cancer Cell Hyperactivity and Membrane Dipolarity Monitoring via Raman Mapping of Interfaced Graphene: Toward Non-Invasive Cancer Diagnostics.

本文来自材料牛,本文观点不代表石墨烯网立场,转载请联系原作者。

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