石墨烯铅检测器或显著改进水质监测，比此前技术灵敏百万倍
发布时间: 2024-02-11 11:07:19
美国加州大学圣迭戈分校工程师开发了一种由石墨烯制成的超灵敏传感器，可检测水中极低浓度的铅离子。该设备对铅的检测低至飞摩尔水平，比以往传感技术灵敏100万倍。研究论文发表在最近的《纳米快报》上。
检测水中铅离子的实验装置。
图片来源：班达鲁实验室/加州大学圣迭戈分校
有研究表明，饮用水中的铅浓度达到百万分之几的水平就可能导致有害的后果，如阻碍人的生长发育等。
新检测设备由安装在硅片上的单层石墨烯组成。石墨烯具有卓越的导电性和表面积体积比，为传感应用提供了理想平台。研究人员通过在石墨烯表面附着一个连接体分子来增强石墨烯的传感能力。该连接体充当离子受体的锚，最终与铅离子结合。
研究人员使用适体（一种短的单链DNA或RNA）作为离子受体。这些受体分子对特定离子具有选择性。研究人员通过调整受体的DNA或RNA序列，进一步增强了受体与铅离子的亲和力，确保传感器仅在与铅离子结合时才会被触发。
研究人员分析了该系统的热力学参数，如结合能、电容变化和分子构象，发现它们在优化传感器性能方面发挥了关键作用。通过优化这些热力学参数以及整个系统的设计，研究人员创造了一种能以前所未有的灵敏度和特异度检测铅离子的传感器，实现了飞摩尔水平上的检测极限。
虽然这项技术目前还处于概念验证阶段，但研究人员希望将来能将其用于实际检测，最终目标是“在水中哪怕只有一个铅离子存在，也能检测出来”。
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