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《CVD石墨烯作为用于同时检测生物分子的电化学感测平台》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2017-08-04

  • 本研究报道了人血清中同时检测抗坏血酸（AA），多巴胺（DA），尿酸（UA），色氨酸（Trp）和亚硝酸盐（NO 2 - ））的电化学生物传感器的发展。使用化学气相沉积（CVD）法在Ta线上制造独立的石墨烯纳米片。 CVD石墨烯作为传感平台，提供了高灵敏度和选择性的选择，AA，DA，UA，Trp和NO 2的检测限为1.58,0.06,0.09,0.10和6.45μM（S / N = 3）。电极的高选择性在这里由分析物的带隙能与石墨烯的费米能级之间的关系来解释。通过分析高表面积和独立石墨烯纳米片的化学结构对分析物吸附能力的影响，确定了氧化电流的高灵敏度。这个发现强烈地表明CVD石墨烯电极可以用作生物传感器来检测人血清中的五种分析物。

    ——文章发布于2017年8月1日

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  • 《石墨烯电化学传感器检测食物中的毒素比实验室检测更快》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-06-22
    • 美国研究人员开发了一种石墨烯电化学传感器，能够比标准实验室检测更快地检测食物中的组胺(过敏原)和毒素。 该团队使用喷雾喷印技术制造了这种传感器。通过软件控制，可以根据需要改变图形几何形状，从而实现快速原型设计和传感器布局的高效优化。 来自西北大学的资深作者Mark Hersam教授对今天发表在IOP出版期刊2D Materials上的研究结果发表评论说:“我们开发了一种喷雾可打印的石墨烯墨水，可以有效地探索不同的设备设计，这对优化传感器响应至关重要。” 作为一种增材制造方法，它只在需要的地方沉积材料，从而最大限度地减少浪费，气溶胶喷射打印传感器成本低，制造简单，便于携带。这可能使它们能够用于需要对食品样品进行持续现场监测以确定和保持产品质量的地方，以及其他应用。 来自爱荷华州立大学的资深作者卡门·戈梅斯教授说:“喷雾喷印技术是这种传感器发展的基础。石墨烯等碳纳米材料具有较高的导电性、表面积和生物相容性等独特的材料特性，可以显著提高电化学传感器的性能。 但是，由于现场电化学传感器通常是一次性使用的，因此它们需要材料能够适应低成本、高吞吐量和可扩展的制造。气溶胶喷印给了我们这个。” 该团队在柔性衬底上制造了高分辨率交错电极(IDEs)，通过将单克隆抗体与通过CO2热退火工艺在石墨烯表面生成的氧基共价连接，将其转化为组胺传感器。 然后，他们在缓冲溶液(PBS)和鱼汤中测试了传感器，看它们检测组胺的效果如何。 合著者Kshama Parate,从爱荷华州立大学,说:“我们发现石墨烯生物传感器可以检测组胺在PBS和鱼肉汤toxicologically-relevant范围6.25到100 ppm (ppm)和6.25到200 ppm,分别与类似的检测限制的百万分之2.52和3.41 ppm,分别。这些传感器的结果意义重大，因为鱼体内的组胺水平超过50ppm可能会导致不良的健康影响，包括严重的过敏反应——例如，鲭鱼食物中毒。 值得注意的是，传感器还显示出33分钟的快速响应时间，无需对鱼样本进行预标签和预处理。这比同等的实验室测试要快得多。” 研究人员还发现，该生物传感器的灵敏度不受食品样品中常见的用作阻断剂的大蛋白分子的非特异性吸附的显著影响。 来自爱荷华州立大学的资深作者Jonathan Claussen博士说:“这种类型的生物传感器可以用于食品加工设施、进出口港口以及需要对食品样品进行连续现场监测的超市。”这种现场检测将消除将食品样本送到实验室检测的需要，因为实验室检测需要额外的处理步骤，增加了组胺分析的时间和成本，因而增加了食源性疾病和食品浪费的风险。 “它也可能被用于其他需要快速监测目标分子的生物传感应用，因为使用开发的免疫传感方案可以消除样品预处理。”除了检测小的过敏原分子，如组胺，它可以用于检测各种目标，如细胞和蛋白质生物标志物。通过切换固定在传感器平台上的抗体，使其能够特异性地检测出合适的生物目标物种，该传感器可以进一步满足特定的应用。例如食物病原体(沙门氏菌)、人类致命疾病(癌症、艾滋病毒)或动植物疾病(禽流感、柑橘属植物病)。”
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  • 《基于石墨烯的生物传感器可以检测DNA癌症标记物》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-03-31
    • 通过病人血液或血清的DNA癌症标记物可能通过基于石墨烯的生物传感器检测到，这可能会导致一段时间的液体活检。相反，在当今的设计中需要大量的DNA。 伊利诺伊大学香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)的科学家进行了一项新研究，发现将石墨烯压碎后，会产生电子“热点”，使其对DNA的敏感度提高1万倍以上。 科学家们表示，褶皱石墨烯可用于多种生物传感应用，以实现快速诊断。研究人员在《自然通讯》杂志上发表了他们的研究结果。 这种传感器可以检测到作为疾病标记的超低浓度分子，这对早期诊断很重要。它非常灵敏，成本低，使用方便，而且以一种新的方式使用石墨烯。 拉希德·巴希尔，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校生物工程学教授 巴希尔还是伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校Grainger工程学院的院长。 虽然在核酸(如DNA或它的近亲RNA)中寻找癌症序列的迹象的概念并不新鲜，但这是第一个可以识别微量癌症序列的电子传感器，就像那些可能在患者血清中发现的序列一样，不需要额外的处理。 当你患了癌症，某些序列会过度表达。但是我们不需要花费大量的时间和金钱来对某人的DNA进行测序，我们可以检测出那些特定的片段，它们是DNA和RNA中的癌症生物标记，从肿瘤中分泌到血液中。 Michael Hwang，本研究第一作者和博士后研究员，Holonyak微纳米技术实验室，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 石墨烯是一种测量一个原子厚度的扁平碳片。这是一种低成本和著名的材料，用于电子传感器。但是到目前为止设计的核酸传感器需要一个被称为扩增的过程，在这个过程中，一个RNA或DNA片段被分离出来，并在试管中复制几次。但这一过程耗时较长，容易出错。 因此，Bashir的团队着手提高石墨烯的传感能力，使样品无需直接放大DNA就可以进行测试。 其他几种提高石墨烯电子性能的方法都采用了精心设计的纳米级结构。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)的研究团队并没有制造出独特的结构，只是将一张薄薄的塑料片展开，然后将石墨烯覆盖在上面，最后释放出塑料中的张力。这导致石墨烯卷曲并发展成一个皱巴巴的表面。 然后，研究人员测试了褶皱石墨烯在缓冲溶液和未稀释的人类血清中检测DNA和与癌症相关的microRNA的能力。研究小组观察到，与扁平石墨烯相比，这种褶皱石墨烯的性能提高了数万倍。 “这是迄今为止报道的对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，我们可以检测到只有几个分子的信号。”“我原以为灵敏度会有所提高，但没想到会是这样。” 为了找出感知能力增强的原因，机械科学与工程教授纳拉亚纳·阿鲁鲁(Narayana Aluru)和他的研究团队利用全面的计算机模拟来分析褶皱石墨烯的电学特性，以及DNA如何与传感器表面进行物理通信。 研究小组发现，褶皱石墨烯中的空洞表现为电热点，同时充当了一个陷阱，拉出并保留RNA和DNA分子。 该研究的第一作者之一、研究生Mohammad heiran说:“当你将石墨烯揉皱并形成这些凹区时，DNA分子就会与石墨烯表面的曲线和空洞相吻合，这样更多的分子与石墨烯相互作用，我们就能检测到它。”“但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DNA，因此DNA与石墨烯的相互作用不大，我们无法检测到它。” 此外，当石墨烯被压皱时，在材料中产生的应变改变了它的电学性质，并产生了带隙——电子通过材料时必须克服的能量障碍。这种带隙使褶皱石墨烯对RNA和DNA分子上的电荷反应更灵敏。 这种带隙电势表明，褶皱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。 Amir Taqieddin，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究合著者和研究生 虽然DNA被用于生物分子的折叠石墨烯敏感性的初步演示，但最新的传感器可以用于检测广泛的目标生物标志物。巴希尔的研究团队目前正在对传感器中褶皱的石墨烯进行小分子和蛋白质的测试。 “最终的目标将是为一种手持设备制造墨盒，这种设备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。”我们的愿景是用一种便携的格式快速测量数据。”Bashir总结道。 这项研究由国家科学基金会通过伊利诺伊州材料研究科学与工程中心提供资金支持。Aluru和Bashir还隶属于贝克曼先进科学技术研究所和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校材料研究实验室。
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