作者:V. G. Kravets 来源:《自然—材料》 发布时间:2013-1-15 10:57:33
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石墨烯等离子超介质可使药检达单分子水平
 
据物理学家组织网1月14日(北京时间)报道,一个由英国曼彻斯特大学和法国艾克斯—马赛大学人员组成的研究小组,开发出一种新型的等离子超介质探测设备,利用了奇点光学中超常相位拓扑的性质,能通过简单的光学系统就看到单个分子,并在几分钟内分析出它的成分,药物检测精确度提高了3个数量级,可用于人体药检、机场安检、爆炸物探测等。相关论文发表在最近出版的《自然—材料》上。
 
“该设备的总体设想是要通过一种简单的光学系统,如显微镜,来看到单个分子,真实地看到它们。”领导该研究的萨沙·格里乔科说。他提出了一种新的传感设备:一种具有黑暗拓扑性的人造材料。这种设备极其灵敏,而其灵敏性是来自它的光相位拓扑性能,即使附着一个小分子也能引起反应。
 
奇点相位的超常性质是研究许多重要物理现象的关键,通过控制光相位,人们能造出“扭曲的”光子流,如光涡流结;打断相位使之分离,就会产生奇点光场。而等离子超介质经过恰当设计就会显出一种拓扑性,从而在其附近产生突然的相位改变。利用这一性质能造出一种等离子共振传感器,从根本上提高探测的灵敏度。
 
为了测试该设备,研究人员给一种等离子超介质涂了一层石墨烯,然后将氢气导入石墨烯上面,利用可逆的石墨烯氢化反应来测试其灵敏度。“石墨烯是用于检测分子灵敏性的最佳材料之一,可以很容易地把氢分子以可控的方式附着在上面。”格里乔科说,他们证明了该设备能探测到单个生物分子水平。通过验血可以检测人体内的毒素或药物,几分钟就能出结果,精确度比现有设备高出3个数量级。
 
研究人员指出,这一概念性论证结果提供了一种更简单的、可升级的单分子免标记生物感测技术,使药物检测更加快捷精确,可用于检查运动员是否服用了违禁药物以及机场或机密要地的安检,预防恐怖分子藏匿爆炸物、不法商贩走私药物等,还可能探测人们感染了哪种病毒。
 
格里乔科说,奇点光学是一门新兴学科,研究的是光在超常相位的性质,他们的成果显示了这一学科在实际应用方面的巨大价值。这只是个开始,它可能对药物与病毒探测、安全检查等产生深远影响。(来源:科技日报 常丽君)
 
 
 
 
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