據(jù)外媒報道，波士頓學(xué)院研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個團(tuán)隊使用單原子厚的石墨烯薄片跟蹤生物結(jié)構(gòu)中固有的電子信號，開發(fā)了一個平臺，可以有選擇地識別致命的細(xì)菌菌株。該論文的主要合著者波士頓大學(xué)物理學(xué)教授肯尼斯·伯奇說，該原型演示了在單一平臺上首次選擇性、快速且廉價的電檢測病原細(xì)菌金黃色葡萄球菌和耐藥鮑曼不動桿菌。

確定引起感染的確切病原體的難度和費用是抗生素治療復(fù)雜性的關(guān)鍵部分。由波士頓學(xué)院研究人員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊開發(fā)了一種原型傳感器，該傳感器使用原子深層的石墨烯和肽片快速顯示出樣品中的細(xì)菌種類以及它是否具有抗生素抗性。石墨烯場效應(yīng)晶體管（G-FET）達(dá)到了單細(xì)胞分辨率和5分鐘的檢測時間，這可以導(dǎo)致更準(zhǔn)確地針對適當(dāng)?shù)目股剡M(jìn)行感染。圖片來源：波士頓學(xué)院的肯尼斯·伯奇（Kenneth Burch）

　　在抗生素耐藥性致病性的快速增長細(xì)菌已經(jīng)成為一個全球性的威脅，在很大程度上是因為在處方的抗生素。共同作者和波士頓學(xué)院生物學(xué)副教授蒂姆·范·奧皮寧（Tim van Opijnen）認(rèn)為，這在很大程度上是由于缺乏快速、廉價、可擴展和準(zhǔn)確的診斷程序所致。特別關(guān)鍵的是，確定細(xì)菌種類及其是否對抗生素具有抗藥性，并在可以在大多數(shù)護(hù)理點容易操作的平臺上進(jìn)行鑒定。當(dāng)前，這種診斷相對較慢，從數(shù)小時到數(shù)天不等，需要廣泛的專業(yè)知識和非常昂貴的設(shè)備。

　　在此背景下，波士頓大學(xué)的研究小組開發(fā)了一種傳感器，稱為石墨烯場效應(yīng)晶體管（G-FET），該傳感器可克服先前檢測工作的關(guān)鍵缺點，因為它是一種高度可擴展的平臺，采用肽，這些氨基酸是廉價且易于使用的化學(xué)試劑。

　　研究小組表明，它可以構(gòu)建一種設(shè)備，該設(shè)備可以快速檢測特定細(xì)菌菌株和物種的存在，利用其表面上的大量電荷并利用我們自己設(shè)計的合成肽捕獲它們的能力。該計劃建立在van Opijnen和Gao的早期研究基礎(chǔ)上，他們先前發(fā)現(xiàn)肽具有高度選擇性，但當(dāng)時需要昂貴的熒光顯微鏡進(jìn)行檢測。

　　研究小組對現(xiàn)有的肽進(jìn)行了修飾，使它們能夠與石墨烯（碳的單原子層）連接。這些肽被設(shè)計為與特定細(xì)菌結(jié)合，排斥所有其他細(xì)菌。本質(zhì)上，G-FET能夠監(jiān)控石墨烯上的電荷，同時將其暴露于各種生物制劑中。由于這些肽具有選擇性，研究人員能夠確定它們與所需細(xì)菌菌株的連接，通過電監(jiān)測電阻并最終監(jiān)測設(shè)備上的電荷，可以解決附著在石墨烯上的細(xì)菌的存在，即使對于單個細(xì)胞也是如此。

　　研究小組報告說，為了實現(xiàn)更高的速度和更高的靈敏度，在液體上施加了電場，以將細(xì)菌驅(qū)至設(shè)備，再次利用細(xì)菌上的電荷。研究小組報告說，這種被稱為介電電泳的過程以前從未應(yīng)用于基于石墨烯的傳感器，并且可能為顯著改善該領(lǐng)域采用石墨烯進(jìn)行生物傳感的努力打開大門。

　　研究人員說：“我們很驚訝細(xì)菌能被電引導(dǎo)到設(shè)備上。我們認(rèn)為這會在一定程度上減少所需的時間和所需的濃度。相反，它工作得很好，以至于電場能夠?qū)⑺璧募?xì)菌濃度降低1000倍，并將檢測時間減少到五分鐘。”