在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自德國(guó)于利希研究中心、荷蘭萊頓大學(xué)和中國(guó)上海大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種優(yōu)雅而又簡(jiǎn)單的方法來(lái)改進(jìn)石墨烯傳感器的靈敏度。這些所謂的“下一代石墨烯電子生化傳感器設(shè)備”因具有非常低的電子噪音而能夠檢測(cè)含量非常低的HIV DNA。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2017年10月25日的Science Advances期刊上，論文標(biāo)題為“Biosensing near the neutrality point of graphene”。

石墨烯的豐富電子特性已吸引了人們利用這種二維材料進(jìn)行電子檢測(cè)化學(xué)物和生物分子的巨大興趣。萊頓大學(xué)萊頓化學(xué)研究所資深研究員Wangyang Fu說(shuō)，“在過(guò)去的幾年里，我們一直致力于收集石墨烯提供的獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，用于開發(fā)多功能的電子傳感器設(shè)備。然而，制造實(shí)際的石墨烯電子傳感器很大程度上依賴于我們理解和維持低水平電子噪音的能力。我們認(rèn)為這是限制這種傳感器分辨率的根本原因。”

通過(guò)與來(lái)自于利希研究中心和萊頓大學(xué)的同事們合作，F(xiàn)u報(bào)道了一種低噪音的石墨烯電子傳感器，實(shí)現(xiàn)方式就是在這種傳感器的中性點(diǎn)(neutrality point)附近對(duì)它進(jìn)行操作，這是因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)在中性點(diǎn)附近，能夠讓它的電子噪音最小化。

在這項(xiàng)研究中，F(xiàn)u和同事們也對(duì)低噪音石墨烯芯片在生化檢測(cè)上的應(yīng)用進(jìn)行了概念驗(yàn)證。為此，他們利用他們的傳感器檢測(cè)HIV DNA。他們選擇一個(gè)HIV基因的片段作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。這種單鏈DNA片段結(jié)合到石墨烯表面上。論文共同作者Lingyan Feng和Dirk Mayer說(shuō)道，“首先利用一個(gè)嵌二萘(pyrene)連接基團(tuán)將一種單鏈PNA分子---一種合成的DNA變體---非共價(jià)地固定在石墨烯表面上。隨后，一種互補(bǔ)的DNA鏈能夠結(jié)合上來(lái)。我們能夠在一種非常低的噪音水平下非常靈敏地檢測(cè)這種雜交事件。”

論文共同作者Andreas Offenhӓusser和Hans-Joachim Krause總結(jié)道，“開發(fā)低噪音的可攜帶的可靠的石墨烯傳感器用于POCT檢測(cè)正處于石墨烯電子器件和生物傳感器領(lǐng)域的前沿。這可能對(duì)更加廣泛的醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的社會(huì)影響。”