使用基于石墨烯的光学式纳米传感器检测冠状病毒
2023-01-24 09:37:15 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
研究人员在非常薄的石墨烯层上集成一个由薄圆柱形金颗粒组成的阵列，以检测冠状病毒。石墨烯是一种纳米材料，具有许多令人着迷的特性，包括导电性好、损耗小。
据麦姆斯咨询报道，近日，来自挪威科技大学（NTNU）、奥斯陆城市大学（Oslomet）、大不里士大学（University of Tabriz）的研究人员展示了一种使用纳米传感器检测血液样本中冠状病毒的新方法。
Amir Maghoul说道：“很多研究都集中在寻找快速隔离冠状病毒感染者的方法，因为这可以打破感染链。我们研发的纳米传感器因其超快检测冠状病毒的独特特性而受到广泛关注。” Amir Maghoul是上述纳米传感器的研究人员，也是“An Optical Modeling Framework for Coronavirus Detection Using Graphene-Based Nanosensor”论文的第一作者，该论文近期发表于《纳米材料（Nanomaterials）》期刊。
Amir Maghoul开始工作时是挪威科技大学的博士后，主要为检测冠状病毒而研发纳米传感器，其中第一步是确定区分冠状病毒与人类血液中的其它成分的光学特性。
挪威科技大学物理学教授Ingve Simonsen解释说：“大多数人都看到冠状病毒被描绘成一个带有表面刺突的球体，具有包膜蛋白（E）、刺突蛋白（S）、膜蛋白（M）与核壳蛋白（N）等四种结构蛋白，外围有脂双层构成的包膜，在电子显微镜下为一电子密度高的壳状结构。我们想看看这些刺突的长度和大小的光学特性，以及病毒核心大小是否重要。”
为了找到问题的答案，研究人员使用了一种基于光谱分析的数学模型。病毒的光学行为——即病毒如何以共振的形式反射光——在整个光谱范围内进行了模拟和分析。“我们观察到反射率随刺突的长度而变化。随着刺突变长，反射率降低，同时共振向更长的波长转移。”Ingve Simonsen说，“当研究人员改变模型中病毒核心大小时，他们观察到了类似的反应。通过这种方式，研究人员可以找出冠状病毒在波长光谱的哪一部分与血液中的其它成分不同。”
“在某些波长下，我们会根据是否存在冠状病毒而得到不同的光学响应。我们称之为冠状病毒的光学特征。”Ingve Simonsen继续说，“我们知道颗粒的光学特性会随着环境的变化而变化。如果它们在水中或真空中，如果几个颗粒彼此相邻，或者如果表面覆盖着一层薄薄的另一种物质，它们的行为就会不同。”
多功能石墨烯
“我们所做的是在非常薄的石墨烯层上集成一个由薄圆柱形金颗粒组成的阵列。石墨烯是一种纳米材料，具有许多令人着迷的特性，包括导电性好、损耗小。”
当含有冠状病毒的血液经过金颗粒时，金颗粒的共振频率发生变化，进而产生电磁场。该电磁场在纳米传感器中产生易于测量的电流。Ingve Simonsen说道：“通过研究入射光的特定频率范围的电流曲线，我们可以确定血液中是否含有冠状病毒。”
该纳米传感器具有非常灵敏的性能潜力。Amir Maghoul表示，纳米阵列下的智能石墨烯材料起到了放大器的作用。
Amir Maghoul继续说：“纳米技术以前还没有用于这种新冠病毒检测传感器，所以这项研究成果是一项新的技术。我们在这里所做的是创建一种光学方法来检测冠状病毒，并显示病毒在光谱中的行为。下一步是建立一家能够开发和生产该纳米传感器原型的公司。”
Amir Maghoul最后表示：“我们需要筹集资金，以便能够继续开发一种适合商用的纳米传感器。挪威科技大学与奥斯陆城市大学之间的合作表明，如果这项工作得到足够的资金支持，我们有能力量产这种用于生物医学领域的光学式纳米传感器。”
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