作為一種新型的二維納米材料，石墨烯以其獨(dú)特的物理性質(zhì)引起了極大的關(guān)注。和其它結(jié)構(gòu)相比，石墨烯具有極高的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、及出色的機(jī)械強(qiáng)度;并且作為單原子平面二維晶體，石墨烯在高靈敏度檢測(cè)領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。然而目前人們對(duì)石墨烯與生物的界面卻知之甚少，這一問(wèn)題的研究對(duì)于石墨烯能否應(yīng)用于生物電子學(xué)至關(guān)重要。
國(guó)家納米科學(xué)中心方英課題組和美國(guó)哈佛大學(xué)Lieber課題組合作首次成功制備了石墨烯與動(dòng)物心肌細(xì)胞的人造突觸。研究人員首先通過(guò)納米加工技術(shù)得到高信噪比的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管集成芯片，進(jìn)而在芯片表面培養(yǎng)雞胚胎心臟細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯和單個(gè)心肌細(xì)胞之間形成穩(wěn)定接觸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)胞電生理信號(hào)的高靈敏度、非侵入式檢測(cè)。更重要的是，該研究第一次實(shí)現(xiàn)了通過(guò)門電勢(shì)的偏置引起同一石墨烯器件n型和p型工作模式的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而在細(xì)胞電生理過(guò)程中得到了相反極性的石墨烯電導(dǎo)信號(hào)，充分證明了測(cè)量生物信號(hào)的電學(xué)本質(zhì)。另外，研究人員進(jìn)一步比較了不同尺寸石墨烯生物傳感器、石墨烯與硅納米線集成傳感體系對(duì)同一心肌細(xì)胞的檢測(cè)，為發(fā)展高集成納米生物傳感陣列提供了理論指導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
該項(xiàng)工作建立了一維、二維納米材料與細(xì)胞相結(jié)合的獨(dú)特研究體系，將為生物電子學(xué)的研究帶來(lái)新的機(jī)遇。相關(guān)結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在2010年3月的Nano Letters上，上述研究工作得到中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)特別基金和國(guó)家自然基金委面上項(xiàng)目的支持。
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