明尼苏达大学科学与工程学院的研究人员开发出一种使用石墨烯的独特新设备，它为超灵敏生物传感器提供了第一步，可以在分子水平上以极高的效率检测疾病。

用于探测蛋白质结构的超灵敏生物传感器可以极大地改善对人类和动物的各种疾病的诊断。这些包括阿尔茨海默病，慢性消耗性疾病和与蛋白质错误折叠相关的疯牛病。这些生物传感器还可以改进开发新药物化合物的技术。

“为了检测和治疗许多疾病，我们需要检测非常少量的蛋白质分子，并了解它们的结构，”明尼苏达大学电气与计算机工程教授兼该研究的首席研究员Sang-Hyun Oh说。“目前，该流程存在许多技术挑战。我们希望我们使用石墨烯的设备和独特的制造工艺将提供有助于克服这些挑战的基础研究。“

已经进行了重大尝试以使用石墨烯改善生物传感器，但是其单原子厚度存在挑战。这意味着它在光照时不会与光有效地相互作用。在诊断疾病时，光吸收和向局部电场的转换对于检测少量分子是必不可少的。以前使用类似石墨烯纳米结构的研究仅证明光吸收率小于10％。

在这项新研究中，明尼苏达大学的研究人员将石墨烯与纳米金属金属带结合起来。使用胶带和明尼苏达大学开发的高科技纳米加工技术，称为“模板剥离”，研究人员能够为石墨烯创建一个超平的基层表面。

然后，他们利用光的能量在石墨烯中产生电子的晃动运动，称为等离子体，这可以被认为像涟漪或波浪在电子的“海洋”中传播。同样，根据研究人员的聪明设计，这些波可以强烈地构建为局部电场的巨大“潮汐波”。

通过在单原子厚的石墨烯层器件上发光，他们能够以近乎完美的94％光吸收进入电场的“潮汐波”，产生具有前所未有效率的等离子体波。当他们在石墨烯和金属带之间插入蛋白质分子时，他们能够利用足够的能量来观察单层蛋白质分子。

“我们的计算机模拟显示这种新颖的方法可行，但当我们在真实设备中实现94％的光吸收时，我们仍然有些惊讶，”Oh说，他是Sanford P. Bordeau大学电气工程系主任。明尼苏达州。“从计算机模拟中实现理想有很多挑战。一切都必须是如此高品质和原子级平坦。事实上，我们可以在理论和实验之间取得如此良好的一致，这是非常令人惊讶和激动的。”