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纳米技术“光测”癌细胞

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发布:2021-09-29 07:49

中国科学家利用全内反射下石墨烯对介质折射率异常敏感的光学现象,实现了超灵敏单细胞实时流动传感。这一成果可以使癌细胞在形成之初即被精确“光测”出来,精度可达数千分之一。这一成果的应用或将为癌症预防提供一条新途径。

石墨烯是一种呈蜂巢状排列的单层碳原子结构,是目前已知的最薄、最坚硬的纳米材料,具有优良的物理化学性能。在全内反射这种特殊的结构下,对于介质折射率异常灵敏是石墨烯材料的重要特性之一。

南开大学物理学院田建国、刘智波领导的研究组发现,折射率的灵敏度与石墨烯的层数有极大关系,并且层数有一个最优值。通过与南开大学化学学院陈永胜课题组不断控制石墨烯的层数,最终制出厚度为8个纳米的石墨烯材料,其折射率的灵敏度和分辨率达到最高。这也是目前国际上现有报道的最高水平。

在此基础上,课题组结合微流体技术和病变细胞的折射率差异,将这一超高的折射率灵敏度成功应用于单细胞传感。

记者在实验室看到,实验人员将制备出的8纳米厚石墨烯均匀铺于一块三棱镜的一面,紧贴石墨烯上方建有一条细胞通道。实验时,一束光从棱镜一面射入,穿透石墨烯照射在细胞通道上,反射光从棱镜另一面射出。由于癌细胞的形态、大小、性质不同于正常细胞,导致它对反射光偏振态的影响也与正常细胞大不相同。实验人员通过光电转化,即可得到一份波形图。如果细胞通道中存在癌细胞,则波形图上将会呈现出明显的波峰。

现场实验结果表明,即使数千个正常细胞中有一个发生了病变,这种“光测”方法都可以将其准确识别出来。

“这种方法的优点就是可以对流动细胞样本进行快速检测。如果未来投入应用,将大大提前癌细胞被发现的时间,为人们预防癌症和早期干预治疗提供助益。”刘智波说。

据了解,该课题组论文已在国际纳米科学技术领域权威刊物《NanoLetters》发表,美国著名的纳米技术与纳米科学网“Nanowerk”将该工作作为科研亮点进行了同步报道。

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