石墨烯鉛檢測器或顯著改進水質監測，比此前技術靈敏百萬倍
發布時間：2024年2月19日
來源：科技日報
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美國加州大學圣迭戈分校工程師開發了一種由石墨烯制成的超靈敏傳感器，可檢測水中極低濃度的鉛離子。該設備對鉛的檢測低至飛摩爾水平，比以往傳感技術靈敏100萬倍。研究論文發表在最近的《納米快報》上。
有研究表明，飲用水中的鉛濃度達到百萬分之幾的水平就可能導致有害的后果，如阻礙人的生長發育等。
新檢測設備由安裝在硅片上的單層石墨烯組成。石墨烯具有卓越的導電性和表面積體積比，為傳感應用提供了理想平臺。研究人員通過在石墨烯表面附著一個連接體分子來增強石墨烯的傳感能力。該連接體充當離子受體的錨，最終與鉛離子結合。
研究人員使用適體（一種短的單鏈DNA或RNA）作為離子受體。這些受體分子對特定離子具有選擇性。研究人員通過調整受體的DNA或RNA序列，進一步增強了受體與鉛離子的親和力，確保傳感器僅在與鉛離子結合時才會被觸發。
研究人員分析了該系統的熱力學參數，如結合能、電容變化和分子構象，發現它們在優化傳感器性能方面發揮了關鍵作用。通過優化這些熱力學參數以及整個系統的設計，研究人員創造了一種能以前所未有的靈敏度和特異度檢測鉛離子的傳感器，實現了飛摩爾水平上的檢測極限。
雖然這項技術目前還處于概念驗證階段，但研究人員希望將來能將其用于實際檢測，最終目標是“在水中哪怕只有一個鉛離子存在，也能檢測出來”。