石墨烯（Graphene）是一种碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它具有优异的光学、电学、力学特性，所以在电子、材料、微纳加工、能源等领域得到越来越广泛的应用，被认为是一种未来革命性的“神奇材料”。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，而共同获得年诺贝尔物理学奖。

石墨烯还在生物医学和药物传递方面具有相当重要的前景。石墨烯独特的二维结构使它在传感探测领域具有光明的应用前景，巨大的表面积使它对周围的环境非常敏感，即使是一个气体分子吸附或释放都可以检测到。

这种检测目前可以分为直接检测和间接检测。通过穿透式电子显微镜可以直接观测到单原子的吸附和释放过程。通过测量霍尔效应方法可以间接检测单原子的吸附和释放过程。量子霍尔效应只发生于二维导体，处于外磁场中时，石墨烯的电导率会展现出反常量子霍尔效应。

当一个气体分子被吸附于石墨烯表面时，吸附位置会发生电阻的局域变化，而石墨烯特别具有高电导率和低噪声的优良品质，能够侦测这微小的电阻变化。

由于石墨烯的可修改化学功能、大接触面积、原子尺寸厚度、分子栅极结构等等特色，应用于细菌侦测与诊断器件，石墨烯是个很优良的选择。

中国科学院上海分院的科学家在年发表的论文中报道，发现石墨烯氧化物对于抑制大肠杆菌的生长超级有效，而且不会伤害到人体细胞。假若石墨烯氧化物对其他细菌也具有抗菌性，则可能找到一系列新的应用，像自动除去气味的鞋子，或保存食品新鲜的包装。

发表在今天的ACSNano期刊上的一篇重要论文中，芝加哥大学的科学家报告说，成功地使用石墨烯这一最强大的已知材料之一，用于检测实验室中的SARS-COV-2新冠病毒。研究人员表示，该发现可能是新冠病毒检测中的一个突破，可检测新冠病毒及其变体。

论文题为：“新冠刺突蛋白诱导抗体偶联石墨烯中的声子修饰用于病毒检测应用”，这个标题咋看起来有点复杂冗长。

新冠刺突蛋白（COVID-19SpikeProtein）对于许多人来说并不陌生，如下图所示导致新冠的病毒SARS-CoV-2的臭名昭着的刺突形蛋白（红色和橙色）。

在实验中，研究人员组合石墨烯的薄片，其厚薄比邮票还薄1,倍，抗体设计用于靶向冠状病毒上的新冠刺突蛋白。然后，当暴露于人造唾液中的携带型核阳性和携带型阴性样品时，它们测量了这些石墨烯片的原子水平振动。

研究发现，当用新冠阳性样品处理时，抗体偶联的石墨烯片的振动改变，但是在用携带新冠阴性样品或其他冠状病毒处理时，却不发生振动改变。通过用一种称为拉曼光谱仪测量这样的振动变化，在五分钟内这种振动变化即变得明显。拉曼光谱仪（Ramanspectrometer）是一种用来研究晶格及分子的振动模式、旋转模式和其他低频模式的一种分光技术仪器。

由于石墨烯是由碳组成的单个原子厚物质，碳原子由化学键粘合，其弹性和运动可以产生共振振动，这称为声子（phonon），可以非常精确地测量。当像新冠病毒分子这样的分子与石墨烯相互作用时，它以非常具体和可量化的方式改变这些谐振振动。

因为石墨烯只是一个原子厚，因此其表面上的分子相对庞大，可以产生其电子能量的特定变化。在该实验中，研究人员用抗体修饰石墨烯，并实质上校准它仅与新冠刺突蛋白反应。通过这种方法，石墨烯可以类似地用于检测C新冠病毒的变体。

抗体（antibody），又称免疫球蛋白，是一种主要由浆细胞分泌，被免疫系统用来鉴别与中和外来物质如细菌、病毒等病原体的大型Y形蛋白质。抗体能通过其可变区唯一识别特定外来物的一个独特特征，该外来目标被称为抗原。

如图所示基于石墨烯中的声子修饰用于新冠病毒刺突蛋白质诱导抗体的检测过程。白色矩形表示具有用新冠病毒抗体官能化的石墨烯（以黄色所示）官能化基材。当该石墨烯检测器与携带病毒阳性样品中的病毒刺突蛋白相互作用时，其原子振动频率发生变化。

多年来，科学家们一直在开发石墨烯传感探测器，开发了从检测癌细胞、到检测如物理学家霍金所罹患的肌萎缩性脊髓侧索硬化症。石墨烯独有的特性，使其成为高度通用的传感探测器成为可能。这种传感探测器特别敏感而且具有选择针对性，检测快速、便宜。

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