據外媒報道，來(lái)自加州大學(xué)伯克利分校(UC Berkeley)的科學(xué)家展示了石墨烯的另一種用途，即將其作為一種先進(jìn)傳感器的基礎進(jìn)而讓來(lái)自活細胞和組織的電信號實(shí)現成像。據悉，該團隊的“石墨烯相機”被用來(lái)記錄跳動(dòng)的心臟的電活動(dòng)，當涉及到大腦時(shí)，其還可以開(kāi)辟出新的感知能力。
石墨烯是一種二維的碳薄片，其能測量出單個(gè)原子的厚度，并且它令人難以置信的特性列表還已經(jīng)俘獲了來(lái)自廣泛研究領(lǐng)域的科學(xué)家們的想象力。這些特性包括顯著(zhù)的厚度、高導熱性和導電性及作為最強人造材料的地位。
加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家們通過(guò)跟斯坦福大學(xué)的化學(xué)家們合作探索了這種材料將如何引領(lǐng)一種新型先進(jìn)醫療傳感器的可能性。據了解，這項工作建立在之前的研究基礎上，之前的研究表明電場(chǎng)可以影響一片石墨烯反射或吸收光線(xiàn)的方式，該團隊通過(guò)在跳動(dòng)的雞胚胎心臟上放置約1平方厘米的石墨烯來(lái)探索這一問(wèn)題。
“當細胞收縮時(shí)，它們發(fā)出動(dòng)作電位，進(jìn)而在細胞外產(chǎn)生一個(gè)小電場(chǎng)，”這項研究的論文作者Halleh Balch解釋稱(chēng)，“由于細胞下方石墨烯的吸收被改變了，所以我們將看到從大面積石墨烯的那個(gè)位置反射回來(lái)的光量發(fā)生了變化。”
不過(guò)這項技術(shù)需要一些調整。最初，由于跳動(dòng)的心肌細胞產(chǎn)生的電場(chǎng)太小，這使得對石墨烯的反射率不足以產(chǎn)生明顯的影響。為此，該團隊在其下方添加了一個(gè)薄波導來(lái)放大它，該波導跟輸入的激光一起工作，在離開(kāi)裝置之前，激光通過(guò)棱鏡發(fā)射將對石墨烯進(jìn)行了約100次的反射。
“一種思考方法是當光線(xiàn)通過(guò)這個(gè)小腔時(shí)，從石墨烯上反射的次數越多石墨烯的反應產(chǎn)生的光效應越多，這使得我們對電場(chǎng)和微伏電壓擁有非常非常高的靈敏度，”Balch表示。
研究團隊能夠使用這種“石墨烯相機”來(lái)研究心肌細胞以實(shí)時(shí)測量?jì)H10微米寬的心肌細胞并產(chǎn)生它們通過(guò)跳動(dòng)產(chǎn)生的微弱電場(chǎng)的光學(xué)圖像。雖然電極和化學(xué)染料可以用來(lái)測量細胞的電活動(dòng)，但它們只能在一個(gè)特定的位置進(jìn)行，而薄片可以測量整個(gè)組織區域的電壓。該團隊設想通過(guò)記錄細胞的電信號并與此同時(shí)對染色組織進(jìn)行成像將這些傳感技術(shù)結合起來(lái)。
該研究的論文第一作者、來(lái)自斯坦福大學(xué)的Allister mcGuire表示：“你可以輕松地對一個(gè)樣本的整個(gè)區域進(jìn)行成像，這在涉及各種細胞類(lèi)型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的研究中尤其有用。如果你有一個(gè)熒光標記的細胞系統，那么你可能只能針對特定類(lèi)型的神經(jīng)元。我們的系統可以讓你以非常高的完整性捕獲所有神經(jīng)元及其支持細胞的電活動(dòng)，這可能會(huì )真正影響到人們進(jìn)行這些網(wǎng)絡(luò )水平研究的方式。”
這種被稱(chēng)為“石墨烯相機”或耦合波導放大石墨烯電場(chǎng)(CAGE)傳感器可以在臨床試驗之前用于測試心肌上的候選藥物。通過(guò)給雞胚胎注射抑制肌肉蛋白質(zhì)的藥物使心臟停止跳動(dòng)并同時(shí)讓團隊觀(guān)察到它對電場(chǎng)沒(méi)有影響證明了這一點(diǎn)。
另外，該設備還可能為直接感知大腦開(kāi)辟新的可能性?，F在，盡管只能在幾百個(gè)地方進(jìn)行，但電極陣列可被用來(lái)研究腦細胞的電活動(dòng)。強石墨烯薄片可以放置在表面以獲得更廣泛的連續電活動(dòng)的圖像。
“這個(gè)項目讓我感到驚訝的一件事是，電場(chǎng)介導化學(xué)相互作用、介導生物物理相互作用--它們介導自然界的各種過(guò)程--但我們從未測量過(guò)它們。我們測量電流、我們測量電壓。而對電場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際成像的能力讓你看到了一種你以前很少看到的形態(tài)，”Balch說(shuō)道。
相關(guān)研究報告已發(fā)表在《Nano Letters》上。
