氮摻雜石墨烯用於構建高度靈敏的傳感器

一個工作在賓夕法尼亞州立大學的國際研究團隊已經利用氮摻雜石墨烯作為基底研發出了一個高度靈敏的化學傳感器。這種技術可以在非常低的濃度下檢測出溶液中分子的痕量。研發此傳感器所使用的拉曼光譜，是檢測各種分子獨特的內部振動常用的識別技術：當激光光線照射晶體或分子時，將會發生散射和顏色變化。這種散射光將會以拉曼光譜（其作為每個拉曼活性照射係統的獨特指紋）的形式被檢測到。可見光譜中的不同顏色與不同的能量相關。

該研究團隊在他們的實驗中選擇了三種類型的熒光染料分子。經常在生物實驗中被用作標記物的熒光染料在拉曼光譜中很難被檢測到，因為熒光會洗滌信號。然而，當染料被添加到石墨烯或N摻雜石墨烯基板上時，其光致發光-熒光淬滅。就其本身而言，拉曼信號如此之弱，因此人們嚐試了許多方法來加強其信號。一種使用原始石墨烯作為基板的技術可以將其拉曼信號提高幾個數量級。研究人員發現，在原始石墨烯中添加氮原子可以進一步提高靈敏度，並且可以給出石墨烯和氮摻雜石墨烯如何導致增強的理論解釋。

“通過控製氮摻雜我們可以改變石墨烯的能隙，並且該改變能夠產生一個顯著增強分子振動拉曼模式的共振效應”。他們還指出，“該增強很難量化，因為每一種材料和光的顏色都將是不同的。但在某些情況下，我們將從零到我們第一次可以檢測的一些東西。你可以看到很多特征，然後進行大量的物理研究。對我來說，這項工作的最重要的方麵是我們對這種現象的認識和理解。這將引領該技術進步。”

由於石墨烯的化學惰性和生物相容性，研究團隊預計，該新技術將有效地檢測有機分子的痕量。研究人員對於將該技術與便攜式拉曼光譜儀（該儀器可以被帶到偏遠的地方去檢測例如危險的病毒）相結合的前景感到很興奮。他們研究的熒光染料將使它快速容易地看到生物細胞內化合物的存在。該技術本身是非常簡單的——將石墨烯基板在溶液中浸泡一小會兒——所以構建特定分子拉曼光譜的整個庫應該是可行的。

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