石墨烯增強(qiáng)拉曼傳感器研究取得重大突破

　　近期，智能所智能微納器件研究室的研究員王進(jìn)等人基于金納米棒石墨烯復(fù)合材料，利用核酸適配體技術(shù)構(gòu)筑了等離激元納米棒/納米點(diǎn)石墨烯超結(jié)構(gòu)傳感器。該傳感器通過其表面的拉曼標(biāo)簽，可用于金屬銅離子的高敏感增強(qiáng)拉曼識別。

　　近些年來，基于體外篩選指數(shù)富集的配體系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù)獲取的核酸適配體，因與多種目前待測物質(zhì)強(qiáng)特異性結(jié)合的能力，越來越受到生物傳感器領(lǐng)域研究人員的關(guān)注。與目前廣泛應(yīng)用的基于抗原-抗體原理，利用蛋白作為探針的酶聯(lián)免疫反應(yīng)相比，核酸適配體的高穩(wěn)定性和高選擇性可促使適配體識別技術(shù)在未來有望取代酶聯(lián)免疫反應(yīng)，成為新一代的化學(xué)生物分析探測的強(qiáng)有力的手段。

　　智能所研究人員選取了高純度均一分散性的金納米棒/石墨烯復(fù)合材料，設(shè)計(jì)了金屬銅離子專一識別的核酸適配體，利用核酸適配體作為介導(dǎo)物質(zhì)，通過納米點(diǎn)與束縛在石墨烯表面金納米棒的高效結(jié)合，從而形成石墨烯表面的等離激元納米棒/納米點(diǎn)超結(jié)構(gòu)顆粒。由于銅離子的介入，雜交配對的核酸適配體會發(fā)生裂解，導(dǎo)致石墨烯表面的等離激元納米棒/納米點(diǎn)超結(jié)構(gòu)顆粒的解離，從而實(shí)現(xiàn)了金納米棒/納米點(diǎn)/石墨烯超結(jié)構(gòu)材料的可逆化組裝。

　　在此基礎(chǔ)上，研究人員考慮到小尺寸的納米點(diǎn)極弱增強(qiáng)拉曼特性，制備了納米點(diǎn)拉曼標(biāo)簽，運(yùn)用上述組裝機(jī)理，構(gòu)筑了“開關(guān)式”核酸適配體型石墨烯增強(qiáng)拉曼傳感器，借助金納米棒/石墨烯復(fù)合材料優(yōu)異的增強(qiáng)拉曼性能，實(shí)現(xiàn)了金屬銅離子的高敏感“turn-off”增強(qiáng)拉曼檢測，研究成果發(fā)表在最新一期的國際碳材料一區(qū)雜志Carbon，2018，133， 209-217。

　　該項(xiàng)研究受到國家自然科學(xué)基金和科技部國家國際科技合作專項(xiàng)的資助。

　　石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來革命性的材料。

　　英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機(jī)械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　石墨烯常見的粉體生產(chǎn)的方法為機(jī)械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法，薄膜生產(chǎn)方法為化學(xué)氣相沉積法（CVD）。

　　這以后，制備石墨烯的新方法層出不窮。2009年，安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在單層和雙層石墨烯體系中分別發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍爾效應(yīng)及常溫條件下的量子霍爾效應(yīng)，他們也因此獲得2010年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在發(fā)現(xiàn)石墨烯以前，大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為，熱力學(xué)漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。所以，它的發(fā)現(xiàn)立即震撼了凝聚體物理學(xué)學(xué)術(shù)界。雖然理論和實(shí)驗(yàn)界都認(rèn)為完美的二維結(jié)構(gòu)無法在非絕對零度穩(wěn)定存在，但是單層石墨烯能夠在實(shí)驗(yàn)中被制備出來。