伊利诺伊大学香槟分校 伊利诺伊州的研究人员发现，揉皱DNA传感器中的石墨烯使其灵敏度提高了数万倍，使其成为液体活检的可行平台
荣誉:穆罕默德·海兰尼亚 基于石墨烯的生物传感器可能会迎来一个液体活检的时代，检测患者血液或血清中循环的脱氧核糖核酸癌症标记物
但是目前的设计需要大量的基因
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员发现，在一项新的研究中，褶皱石墨烯通过产生电“热点”，使其对脱氧核糖核酸的敏感性提高了一万多倍
研究人员称，皱缩的石墨烯可用于广泛的生物传感应用，以实现快速诊断
他们在《自然通讯》杂志上发表了他们的结果
伊利诺伊大学格兰杰工程学院院长、生物工程学教授、研究负责人拉希德·巴希尔说:“这种传感器可以检测出超低浓度的疾病标记分子，这对早期诊断非常重要。”
“它非常敏感，成本低廉，易于使用，并且以一种新的方式使用石墨烯
" 虽然在核酸(如脱氧核糖核酸或其近亲核糖核酸)中寻找癌症信号序列的想法并不新鲜，但这是第一个不用额外处理就能检测极少量(如可能在患者血清中发现的)癌症的电子传感器
“当你得了癌症时，某些序列会过度表达
这项研究的第一作者、伊利诺伊州Holonyak微纳米技术实验室的博士后研究员迈克尔·黄(Michael Hwang)说:“我们可以检测出从肿瘤分泌到血液中的DNA和RNA中的癌症生物标志物的特定片段，而不是对某人的DNA进行测序，这需要大量的时间和金钱。”
石墨烯——一层一个原子厚的碳——是一种受欢迎的低成本电子传感器材料
然而，迄今为止开发的核酸传感器需要一个叫做扩增的过程——分离出一个脱氧核糖核酸或核糖核酸片段，并在试管中复制多次
这个过程很长，可能会引入错误
因此，巴希尔的团队着手增加石墨烯的感应能力，使其能够在不首先扩增DNA的情况下测试样本
许多其他提升石墨烯电子特性的方法都涉及到精心制作的纳米结构
伊利诺伊小组没有制造特殊的结构，而是简单地伸出一张塑料薄片，将石墨烯放在上面，然后释放塑料中的张力，导致石墨烯卷曲并形成褶皱的表面
他们测试了皱巴巴的石墨烯在缓冲溶液和未稀释的人血清中感知脱氧核糖核酸和癌症相关微小核糖核酸的能力，发现其性能比平坦的石墨烯提高了数万倍
“这是有史以来报道的生物分子电检测的最高灵敏度
在此之前，我们需要样本中成千上万的分子来检测它
有了这个装置，我们可以用几个分子来探测信号，”黄说
“我预计灵敏度会有所提高，但不是这样
" 为了确定传感能力提高的原因，机械科学与工程教授纳拉亚娜·阿鲁(Narayana Aluru)和他的研究小组使用了详细的计算机模拟来研究皱巴巴的石墨烯的电特性以及DNA如何与传感器表面发生物理相互作用
他们发现空腔充当了电热点，充当了吸引和容纳脱氧核糖核酸和核糖核酸分子的陷阱
该研究的第一作者之一、研究生穆罕默德·伊利亚尼安说:“当你将石墨烯揉皱并形成这些凹陷区域时，DNA分子就会嵌入表面的曲线和空腔中，因此更多的分子会与石墨烯相互作用，我们就可以检测到它。”
“但是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，而不是脱氧核糖核酸，所以脱氧核糖核酸与石墨烯没有太多的相互作用，我们无法检测到它
" 此外，起皱石墨烯会在材料中产生应变，从而改变其电特性，导致带隙——电子必须克服能量屏障才能流过材料——使其对DNA和RNA分子上的电荷更加敏感
该论文的合著者、研究生阿米尔·塔齐丁(Amir Taqieddin)说:“这种带隙电势表明，皱缩的石墨烯也可以用于其他应用，如纳米电路、二极管或柔性电子器件。”
尽管在第一次展示皱巴巴的石墨烯对生物分子的敏感性时使用了脱氧核糖核酸，但这种新传感器可以用来检测各种各样的目标生物标志物
巴希尔的团队正在测试蛋白质和小分子传感器中的褶皱石墨烯
巴希尔说:“最终的目标将是为手持设备制造药筒，这种药筒可以检测几滴血液中的目标分子，例如，通过监测血糖的方式。”
“我们的愿景是快速、便携地进行测量
"
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