科普專欄 / Information

氮摻雜石墨烯用于構建高度靈敏的傳感器

一個工作在賓夕法尼亞州立大學的國際研究團隊已經利用氮摻雜石墨烯作為基底研發出了一個高度靈敏的化學傳感器。這種技術可以在非常低的濃度下檢測出溶液中分子的痕量。研發此傳感器所使用的拉曼光譜,是檢測各種分子獨特的内部振動常用的識别技術:當激光光線照射晶體或分子時,将會發生散射和顔色變化。這種散射光将會以拉曼光譜(其作為每個拉曼活性照射系統的獨特指紋)的形式被檢測到。可見光譜中的不同顔色與不同的能量相關。

該研究團隊在他們的實驗中選擇了三種類型的熒光染料分子。經常在生物實驗中被用作标記物的熒光染料在拉曼光譜中很難被檢測到,因為熒光會洗滌信号。然而,當染料被添加到石墨烯或N摻雜石墨烯基闆上時,其光緻發光-熒光淬滅。就其本身而言,拉曼信号如此之弱,因此人們嘗試了許多方法來加強其信号。一種使用原始石墨烯作為基闆的技術可以将其拉曼信号提高幾個數量級。研究人員發現,在原始石墨烯中添加氮原子可以進一步提高靈敏度,并且可以給出石墨烯和氮摻雜石墨烯如何導緻增強的理論解釋。

“通過控制氮摻雜我們可以改變石墨烯的能隙,并且該改變能夠産生一個顯著增強分子振動拉曼模式的共振效應”。他們還指出,“該增強很難量化,因為每一種材料和光的顔色都将是不同的。但在某些情況下,我們将從零到我們第一次可以檢測的一些東西。你可以看到很多特征,然後進行大量的物理研究。對我來說,這項工作的最重要的方面是我們對這種現象的認識和理解。這将引領該技術進步。”

由于石墨烯的化學惰性和生物相容性,研究團隊預計,該新技術将有效地檢測有機分子的痕量。研究人員對于将該技術與便攜式拉曼光譜儀(該儀器可以被帶到偏遠的地方去檢測例如危險的病毒)相結合的前景感到很興奮。他們研究的熒光染料将使它快速容易地看到生物細胞内化合物的存在。該技術本身是非常簡單的——将石墨烯基闆在溶液中浸泡一小會兒——所以構建特定分子拉曼光譜的整個庫應該是可行的。

來源:石墨烯網

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