石墨烯的神奇之处不胜数——它可以使柔性电子元件成为可能，增强太阳能电池的容量，过滤最细的亚原子粒子，并彻底改变电池。现在，这种“超级材料”也许有一天会被用于检测肌萎缩性侧索硬化症(ALS)——一种进行性神经退行性疾病，根据伊利诺伊大学(University of Illinois)发表在ACS应用材料与界面(ACS Applied Materials & Interfaces)杂志上的一项新研究，这种疾病的诊断主要是通过排除其他疾病。
ALS患者脑脊液加到石墨烯中，与多发性硬化患者加液或无神经退行性疾病患者加液相比，石墨烯的振动特性发生了明显不同的变化。这些明显的变化准确地预测了这种液体来自哪种患者——ALS患者、MS患者或没有神经退行性疾病的患者。
石墨烯是一种单原子厚度的碳材料。每个碳原子通过化学键与其相邻的碳原子相连。这些键的弹性产生共振振动，也称为声子，可以非常精确地测量。当一个分子与石墨烯相互作用时，它会以一种非常具体和可量化的方式改变这些共振振动。
“石墨烯是仅有一个原子的厚度,所以分子表面相比是巨大的,可以产生一个特定的石墨烯声子能量的变化,我们可以测量,”维Berry说,副教授和芝加哥化学工程主管大学工程和作者在纸上。石墨烯振动特性的变化取决于添加分子的独特电子特性，即所谓的“偶极矩”。
“我们可以通过测量分子引起的石墨烯声子能的变化来确定分子加入石墨烯的偶极矩，”Berry解释说。
Berry和他的同事使用石墨烯来识别脑脊液是来自ALS患者还是多发性硬化(两种进行性神经退行性疾病)患者，还是来自没有神经退行性疾病的患者。由于ALS没有明确的检测方法，所以客观的诊断测试可以帮助患者尽早开始接受治疗，从而减缓病情。
脑脊液取自人类大脑和脊髓资源中心，该中心储存来自死者的液体和组织。Berry博士、UIC医学院神经外科助理教授、脊柱肿瘤主任Ankit Mehta博士和他们的同事检测了7名没有神经退行性疾病的患者的脑脊液;13名ALS患者;三名多发性硬化患者和三名未知神经退行性疾病患者。
“我们看到了石墨烯声子能量的独特而显著的变化，这取决于液体是来自ALS患者、多发性硬化患者还是没有神经退行性疾病的患者，”Berry说。“当我们测试ALS患者的脑脊液时，我们还能够确定这种液体是来自55岁以上的人，还是来自55岁以下的人。”我们认为，老年和年轻ALS患者之间的差异是由我们获得的与遗传ALS相关的独特生化信号驱动的。遗传ALS通常在55岁之前出现症状，而散发性ALS则在晚年出现。
贝里认为，石墨烯利用了不同疾病患者脑脊液中独特的生物特征——蛋白质和其他生物分子的组合。
“石墨烯的电子特性得到了广泛的研究，但直到最近我们才开始将其声子特性作为一种检测疾病的方法，”Berry说。“事实证明，石墨烯是一种用途极其广泛、能够准确检测脑脊液和整个细胞中疾病生物特征的仪器。”
——文章发布于2018年12月5日
