利用石墨烯传感器高灵敏度地检测HIV

在一项新的研究中，来自德国于利希研究中心、荷兰莱顿大学和中国上海大学的研究人员发现了一种优雅而又简单的方法来改进石墨烯传感器的灵敏度。这些所谓的“下一代石墨烯电子生化传感器设备”因具有非常低的电子噪音而能够检测含量非常低的HIV DNA。相关研究结果发表在2017年10月25日的Science Advances期刊上，论文标题为“Biosensing near the neutrality point of graphene”。

石墨烯的丰富电子特性已吸引了人们利用这种二维材料进行电子检测化学物和生物分子的巨大兴趣。莱顿大学莱顿化学研究所资深研究员Wangyang Fu说，“在过去的几年里，我们一直致力于收集石墨烯提供的独特的物理和化学特性，用于开发多功能的电子传感器设备。然而，制造实际的石墨烯电子传感器很大程度上依赖于我们理解和维持低水平电子噪音的能力。我们认为这是限制这种传感器分辨率的根本原因。”

通过与来自于利希研究中心和莱顿大学的同事们合作，Fu报道了一种低噪音的石墨烯电子传感器，实现方式就是在这种传感器的中性点(neutrality point)附近对它进行操作，这是因为他发现在中性点附近，能够让它的电子噪音最小化。

在这项研究中，Fu和同事们也对低噪音石墨烯芯片在生化检测上的应用进行了概念验证。为此，他们利用他们的传感器检测HIV DNA。他们选择一个HIV基因的片段作为实验对象。这种单链DNA片段结合到石墨烯表面上。论文共同作者Lingyan Feng和Dirk Mayer说道，“首先利用一个嵌二萘(pyrene)连接基团将一种单链PNA分子---一种合成的DNA变体---非共价地固定在石墨烯表面上。随后，一种互补的DNA链能够结合上来。我们能够在一种非常低的噪音水平下非常灵敏地检测这种杂交事件。”

论文共同作者Andreas Offenhӓusser和Hans-Joachim Krause总结道，“开发低噪音的可携带的可靠的石墨烯传感器用于POCT检测正处于石墨烯电子器件和生物传感器领域的前沿。这可能对更加广泛的医学诊断领域产生巨大的社会影响。”