石墨烯增強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)進化技術(shù)獲取的核酸適配體，因與多種目前待測物質(zhì)強特異性結(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/納米點超結(jié)構(gòu)顆粒的解離，從而實現(xiàn)了金納米棒/納米點/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極弱增強拉曼特性，制備了納米點拉曼標(biāo)簽，運用上述組裝機理，構(gòu)筑了“開關(guān)式”核酸適配體型石墨烯增強拉曼傳感器，借助金納米棒/石墨烯復(fù)合材料優(yōu)異的增強拉曼性能，實現(xiàn)了金屬銅離子的高敏感“turn-off”增強拉曼檢測，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。

　　石墨烯常見的粉體生產(chǎn)的方法為機械剝離法、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。在發(fā)現(xiàn)石墨烯以前，大多數(shù)物理學(xué)家認為，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。雖然理論和實驗界都認為完美的二維結(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驗中被制備出來。