研究人员设计石墨烯基生物传感器

　　塑胶五金网讯：在2015年创新论坛暨科技展上MIPT研究人员 展示了基于石墨烯的生物传感器芯片。

　　石墨烯是 种真正意义上的二维晶体材料，拥有特别的化学跟物理性能。2010年MIPT的两位研究人员Andre Geim跟 Konstantin Novoselov被授予诺贝尔奖，以表彰他们在二维材料石墨烯角度的巨大突破。当下致力于将石墨烯跟别的二维材料商业化的研究如雨后春笋。而当中石墨烯的一项潜在应用就包括生物医用技术，这也是MIPT纳米光电中心纳米光学跟等离子体激元实验室的研究人员正在进行的研究。

　　免标记生物传感器在生物化学跟制药实验室角度还是相比新奇的概念，这种传感器也会使工作更简单。这种传感器能够让研究人员探测低浓度的生物分子，例如RNA、DNA跟蛋白质等，而且研究其化学性质。跟别的生物化学方法不一样，荧光或放射性标记法对于这些生物 传感器来说不是必要的，从而使得实验变得更加简单，同时也能够减少数据错误的可能性。

　　这项技术的主要应用范围包括制药、科学研究、医用诊断、食品质量管理跟有毒物质的探测。经过临床医学实验验证，无标记生物传感器取得的数据十分可信。这种方法的优势在于，配体跟不一样目的物之间的生物化学反应动力学能够被实时观测到，这使得研究人员能够取得关于反应速率角度的更加精确的数据。这些收集的数据能够反应药物的效率跟有毒性等角度的信息，且当目的细胞要是是健康的，理想状况下药物应这个不起作用。

　　大多数无标记生物传感器是基于表面等离子体共振光谱(SPR)开发的。共振因素取决于材料的表面特性，所以微量的外来物质也会影响结果。生物传感器可以检测一平方毫米内一万亿分之在一克的物质。这种类型的商用设备的销售模式类似于“刀片”的业务模式，包括一项基本设备跟昂贵的消耗装置。该基本设备就是生物传感器本身，包括光学、微流体跟电子产品等;而消耗品则是传感器芯片，由玻璃基板、薄金膜跟连接层组成。传感器芯片当下运用的两种连接层技术都是 20年前开发的，以自组装硫醇的分子或一层水凝胶为基础。这个公司出售的生物传感器跟消耗品的利润可谓是均匀分布，达到了50:50的比率。

　　这个专利的作家Aleksey Arsenin 跟 Yury Stebunov希望能够通过这种方式替换掉目前运用的传感器芯片。在特定条件下，运用石墨烯跟氧化石墨烯作为金属薄膜跟生物层之间的连接层可有效提升生物探测器的灵敏度。运用氧化石墨烯生物传感器芯片来分析DNA杂交反应的研究论文发布在美国化学协会的《应用材料跟界面》杂志上。除了比普通商用产品的灵敏度更高，这种传感器芯片具有生物特异性，且能够多次运用，从而降低成本。

　　跟传统的SPR光谱法比较，石墨烯的运用能够大大提升传感器的灵敏度，达到十倍以上，能够引起生物探测角度的革命。当下生物传感器不能使用于分析大分子生物产品，而当下每年超过一半的药物的分子重量较轻。石墨烯芯片表面药物目的的固定将使得科学家能够测试目的跟小分子之间的相互作用。所以石墨烯在生物传感器中的运用有助于药物的发展跟克服当下无法解决的风险疾病。研究人员将进一步努力提升其开发产品的性能，而且希望对于一些特定的反应，基于石墨烯这种新型碳材料的生物传感器芯片会给予更好的灵敏度。他们也在考虑将石墨烯芯片商业化。仅仅在2014年，大约100亿美元被使用于临床研究。据预估，每年的生物传感器芯片市场大约有3亿美元。拥有 性能的石墨烯生物传感器芯片将会进一步加强当下芯片的性能。