石墨烯是一種以sp2雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新材料，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。看到石墨烯的結(jié)構(gòu)，可能有小伙伴展開想象力，如果把石墨烯卷起來，卷成一個(gè)卷，會(huì)變成什么東西呢？
這就是碳納米管，它的主體由六邊形碳環(huán)構(gòu)成，可以說是單層石墨六邊形網(wǎng)絡(luò)卷曲形成的無縫中空管。其實(shí)在此之前，碳納米管已經(jīng)在一些研究中發(fā)現(xiàn)并制造出來，只是當(dāng)時(shí)人們還沒有認(rèn)識(shí)到它是一種新的重要的碳的形態(tài)。
在20世紀(jì)70年代末，就有新西蘭科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在兩個(gè)石墨電極間通電產(chǎn)生電火花時(shí)，電極表面生成小纖維簇，進(jìn)行了電子衍射測(cè)定發(fā)現(xiàn)其壁是由類石墨排列的碳組成，這實(shí)際上已經(jīng)觀察到了多壁碳納米管。在1991年日本NEC公司基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室的電子顯微鏡專家在高分辨透射電子顯微鏡下檢驗(yàn)石墨電弧設(shè)備中產(chǎn)生的球狀碳分子時(shí)，發(fā)現(xiàn)了由管狀的同軸納米管組成的碳分子，這就是碳納米管。
碳納米管的硬度和金剛石相當(dāng)，卻擁有良好的柔韌性，可以拉伸，重量極輕，導(dǎo)電性極強(qiáng)，可以說是兼有金屬和半導(dǎo)體的性能。
由于不會(huì)在生活中直接接觸到，造成碳納米管不太知名，但事實(shí)上，它的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，對(duì)社會(huì)的推動(dòng)作用很大，在集成電路、存儲(chǔ)、電池、醫(yī)療、生物傳感器、電磁材料等方面都有巨大的應(yīng)用潛力。近期有研究人員提出了一種基于修飾單層碳納米管的生物傳感器，可以進(jìn)行快速新冠檢測(cè)，通過近紅外光譜獲得檢測(cè)結(jié)果。研究者將與SARSS-CoV-2病毒蛋白相匹配的蛋白探針固定在了單層碳納米管基底上，該傳感器把蛋白作為感應(yīng)基團(tuán)、把單層碳納米管作為信號(hào)轉(zhuǎn)換器、利用熒光輸出作為蛋白識(shí)別標(biāo)志，可對(duì)于特定目標(biāo)蛋白進(jìn)行檢測(cè)。
該技術(shù)的一個(gè)重要難點(diǎn)就是如何將蛋白探針固定到碳納米管上。過往的研究者一般是使用酶或者proteinA，而此處，他們采用了人宿主細(xì)胞膜蛋白ACE2來將蛋白探針結(jié)合在了碳納米管上。據(jù)其自述，這種非共價(jià)鍵的修飾方式使碳納米管完全無損，非常有利于熒光檢測(cè)。
該傳感器使用熒光檢測(cè)，90分鐘后，SARS-CoV-2s-RBD引起的碳納米管生物傳感器熒光反應(yīng)峰值最大位于1130nm處，ΔF/F0=99.6%。
碳納米管生物傳感器一般都是經(jīng)化學(xué)改性的碳納米管組成，當(dāng)激光照射時(shí)，碳納米管會(huì)自發(fā)地發(fā)出熒光。研究人員在碳納米管上涂覆DNA、蛋白質(zhì)或者其他可以結(jié)合特定靶標(biāo)的分子，當(dāng)這些分子與靶向結(jié)合時(shí)，人們能夠觀測(cè)到碳納米管的熒光變化，本文中的傳感器也是利用這一特性，可以說這種基于碳納米管的生物傳感器具備廣闊的研究前景。
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