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揉成一团的石墨烯就像超灵敏的癌症传感器

揉成一团的石墨烯就像超灵敏的癌症传感器

石墨烯具有良好的导热和导电能力,有望应用于各种领域。科学家们希望通过将单原子厚度的碳层揉成不规则的表面,进一步扩展其惊人的特性。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一个研究小组发现了这种所谓神奇材料的一种令人兴奋的新可能性,发现它可以作为一种用于早期癌症诊断的超灵敏生物传感器的基础。

将石墨烯揉成皱巴巴的一团,而不是平整平整的薄片,是研究人员正在探索的一项新技术。这些技术包括使用揉皱的石墨烯球作为更好的电池组件,将其与橡胶结合形成人造肌肉,或将揉皱的石墨烯球聚在一起用于下一代能源存储。

让伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究团队兴奋不已的是石墨烯在生物传感应用方面的潜力,它可以在其他诊断工具无法发现疾病的情况下发现疾病。科学家们发现,在寻找隐藏在DNA和RNA等核酸中的微小的癌症生物标记物方面,前景尤其光明,因为我们目前检测它们的方法还有很大的改进空间。

该研究的第一作者Michael Hwang解释说:“当你患有癌症时,某些基因序列会被过度表达。”“但是,我们不需要花费大量的时间和金钱来对某人的DNA进行测序,我们可以检测出那些特定的片段,它们是DNA和RNA中的癌症生物标志物,从肿瘤中分泌到血液中。”

这一突破源于一项提高石墨烯电子性能的新技术。此前,研究人员曾试图通过将微小结构整合到材料中来实现这一目标,但科学家们认为他们找到了更好的方法。

研究小组简单地拉伸了一层薄薄的塑料,并将石墨烯置于其上。释放拉紧的塑料片会使石墨烯收缩成一个皱巴巴的表面,从而产生空洞,充当电子热点,增强了吸引和捕获DNA和RNA分子的能力。

该研究的第一作者之一、研究生Mohammad heiran说:“当你将石墨烯揉皱并形成这些凹面区域时,DNA分子就会与石墨烯表面的曲线和空洞相吻合,这样更多的分子与石墨烯相互作用,我们就能检测到它。”“但当你有一个平坦的表面时,溶液中的其他离子更喜欢这个表面,而不是DNA,因此DNA与石墨烯的相互作用不大,我们无法检测到它。”

研究人员在缓冲溶液和未稀释的人血清中的DNA和与癌症相关的microRNA实验中证明了这一点。他们报告说,在感知分子方面,褶皱石墨烯的性能比平面石墨烯高出“数万倍”。

“这是电法检测生物分子的最高灵敏度,”Hwang说。“以前,我们需要样本中成千上万的分子来检测它。有了这个装置,我们可以探测到只有几个分子的信号。我本以为灵敏度会有所提高,但没想到会是这样。”

研究人员说,根据他们想要寻找的生物标记,生物传感器可以被调整来检测一系列的蛋白质和小分子。

“最终的目标将是为一种手持设备制造墨盒,这种设备可以检测几滴血液中的目标分子,例如,以监测血糖的方式,”研究负责人Rashid Bashir说。“我们的愿景是用一种便携的格式快速测量数据。”

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