石墨烯是一種以sp2雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新材料，具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來革命性的材料?？吹绞┑慕Y(jié)構(gòu)，可能有小伙伴展開想象力，如果把石墨烯卷起來，卷成一個卷，會變成什么東西呢？
這就是碳納米管，它的主體由六邊形碳環(huán)構(gòu)成，可以說是單層石墨六邊形網(wǎng)絡(luò)卷曲形成的無縫中空管。其實在此之前，碳納米管已經(jīng)在一些研究中發(fā)現(xiàn)并制造出來，只是當(dāng)時人們還沒有認(rèn)識到它是一種新的重要的碳的形態(tài)。
在20世紀(jì)70年代末，就有新西蘭科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在兩個石墨電極間通電產(chǎn)生電火花時，電極表面生成小纖維簇，進(jìn)行了電子衍射測定發(fā)現(xiàn)其壁是由類石墨排列的碳組成，這實際上已經(jīng)觀察到了多壁碳納米管。在1991年日本NEC公司基礎(chǔ)研究實驗室的電子顯微鏡專家在高分辨透射電子顯微鏡下檢驗石墨電弧設(shè)備中產(chǎn)生的球狀碳分子時，發(fā)現(xiàn)了由管狀的同軸納米管組成的碳分子，這就是碳納米管。
碳納米管的硬度和金剛石相當(dāng)，卻擁有良好的柔韌性，可以拉伸，重量極輕，導(dǎo)電性極強，可以說是兼有金屬和半導(dǎo)體的性能。
由于不會在生活中直接接觸到，造成碳納米管不太知名，但事實上，它的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，對社會的推動作用很大，在集成電路、存儲、電池、醫(yī)療、生物傳感器、電磁材料等方面都有巨大的應(yīng)用潛力。近期有研究人員提出了一種基于修飾單層碳納米管的生物傳感器，可以進(jìn)行快速新冠檢測，通過近紅外光譜獲得檢測結(jié)果。研究者將與SARSS-CoV-2病毒蛋白相匹配的蛋白探針固定在了單層碳納米管基底上，該傳感器把蛋白作為感應(yīng)基團、把單層碳納米管作為信號轉(zhuǎn)換器、利用熒光輸出作為蛋白識別標(biāo)志，可對于特定目標(biāo)蛋白進(jìn)行檢測。
該技術(shù)的一個重要難點就是如何將蛋白探針固定到碳納米管上。過往的研究者一般是使用酶或者proteinA，而此處，他們采用了人宿主細(xì)胞膜蛋白ACE2來將蛋白探針結(jié)合在了碳納米管上。據(jù)其自述，這種非共價鍵的修飾方式使碳納米管完全無損，非常有利于熒光檢測。
該傳感器使用熒光檢測，90分鐘后，SARS-CoV-2s-RBD引起的碳納米管生物傳感器熒光反應(yīng)峰值最大位于1130nm處，ΔF/F0=99.6%。
碳納米管生物傳感器一般都是經(jīng)化學(xué)改性的碳納米管組成，當(dāng)激光照射時，碳納米管會自發(fā)地發(fā)出熒光。研究人員在碳納米管上涂覆DNA、蛋白質(zhì)或者其他可以結(jié)合特定靶標(biāo)的分子，當(dāng)這些分子與靶向結(jié)合時，人們能夠觀測到碳納米管的熒光變化，本文中的傳感器也是利用這一特性，可以說這種基于碳納米管的生物傳感器具備廣闊的研究前景。
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