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石墨烯感測器實現奈米分子檢測

上網時間: 2015年07月30日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:石墨烯  感測器  分子檢測  紅外線  光譜 

歐洲研究人員最近開發出一種以石墨烯製造的感測器,可用於檢測諸如蛋白質與藥物的分子。這種感測器具有高敏感度且可加以配置,從而將石墨烯的獨特電氣與光學性能導入實際的應用中。

由瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)與西班牙光子科學院(Institute of Photonic Sciences)共同組成的一支研究團隊,最近利用石墨烯改善了分子檢測的紅外線吸收光譜。傳統上,這種方法主要利用光激發分子,依據各自性質產生不同的振動,同時創造出一種能以反射光讀取的獨特標識。

但這種方法並不適用於奈米級分子,因為奈米分子通常比用於檢測分子的6微米紅外光子波長明顯更小。然而,研究人員們發現,石墨烯能夠聚光於特定焦點上,從而準確地「聽」到奈米級分子的振動。

石墨烯可實現高敏感度的振動光譜與檢測折射率
石墨烯可實現高敏感度的振動光譜與檢測折射率(來源:EPFL)

根據EPFL,「當光線到達時,石墨烯奈米結構中的電子開始振盪。這種現象被稱為『局部表面等離子共振』,從而將光線集中於微小的焦點,其大小約相當於目標分子的尺寸,因而能夠用於檢測奈米結構。」

針對這種感測器的潛在應用範圍從偵測氣體外洩、檢測有毒與易爆氣體、測量並檢測DNA與蛋白質以及水中污染物。

透過施加各種電壓大小,可將石墨烯調諧成不同的頻率——這是採用現有感測器不可能實現的任務。此外,透過評估不同振動之間的細微差別過程,還可展現以分子方式連接原子的鍵合特性。

當石墨烯的電子以不同方式振盪時,它能夠「讀取」附著在表面上的所有分子振動。「我們在附著於石墨烯的蛋白質上測試這種方法。它讓我們對於這種分子的瞭解更完整,」EPFL生物奈米光電系統(BIOS)實驗室醱教授Hatice Altug表示。

Altug表示,基於石墨烯的製程還可用於聚合物以及許多其他物質。該研究結果已發表於《科學》(Science)期刊中。

編譯:Susan Hong

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





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