利用石墨烯无创检测癌症

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来源:环球科学 / 作者: / 2017-02-11" }3 j2 o- q1 c: c
不同的细胞与石墨烯之间有着不同的相互作用。
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. r5 ]* n& w" e% p- T正常细胞和癌症细胞分别与石墨烯发生相互作用，通过拉曼成像技术，可以分辨两种细胞的不同活性。（图片来源：UIC/Vikas Berry）
. y! g4 C: y, Y有什么是石墨烯办不到的？检测癌症？不，石墨烯现在可以用于检测癌症了。1 l2 g! k7 y8 ^' q. f5 S
伊利诺伊大学芝加哥分校（Universityof Illinois at Chicago, UIC）的研究人员对石墨烯进行研究，通过脑细胞与石墨烯的相互作用，可以辨别出高度活跃的癌症细胞，从而实现癌症细胞与正常细胞的区分。据此，研究人员提出，这种简单无创的石墨烯技术有望应用于早期癌症筛查。
0 P2 T% s( _: Y# s: u( i/ `: S4 v1 q6 pVikas Berry 副教授是 UIC 化学工程系主任，他与 UIC 医学院临床神经外科系 AnkitMehta 副教授开展合作，带领团队完成了这项研究。他说：“通过细胞与石墨烯的相互作用，这项技术能够检测出细胞的活性。”& [8 i* n& w3 o( Z- @# W0 y; |( D
“石墨烯是世界上已知的最薄材料，而且这种材料对其表面发生的任何变化都非常敏感。”Berry 解释道，“细胞与石墨烯发生相互作用，改变了石墨烯的电荷分布，进而改变了原子振动能量，拉曼光谱技术就可以检测到这种能量的变化。”石墨烯是由单层碳原子构成的蜂窝状二维纳米材料，电子可以在石墨烯表面自由移动，由所有原子共享。Berry 所提到的拉曼光谱则是研究石墨烯的常用技术，效果非常强大。
, W9 e! k+ y  p7 I0 R" J6 W6 FBerry 说，高度活跃的癌症细胞能够让石墨烯表面的负电荷增大更多，释放出更多的质子。因此，癌症细胞对石墨烯晶格原子振动能量的影响程度不同于正常细胞。3 ^5 F1 n$ ~/ L; N9 ^0 F0 E
他说：“细胞周围的电场会对石墨烯的电子产生排斥作用。”这种排斥作用会导致碳原子振动能量的改变，用分辨率为 300 纳米的拉曼成像技术可以准确检测出这种振动能量的改变，进而，也就能对单个细胞的活性进行表征。7 [5 N& v. t4 h2 W
这项研究发表在了期刊《美国化学学会应用材料与表面》（ACS Applied Materials & Interfaces）上。文章选取培养了人体脑细胞，比较了正常星形胶质细胞与多形性成胶质细胞瘤之间的区别（多形性胶质细胞瘤，glioblastoma multiforme，GBM，是星形细胞肿瘤中恶性程度最高的胶质瘤）。Berry 表示，研究人员正在用小鼠癌症模型研究这项检测技术，而且已经获得了“非常有前景”的实验结果。随着研究进一步深入，研究人员会在病人身上进行活体检测实验。
; [% R8 `# M& J% P/ Q他说：“在脑癌患者接受手术之后，我们能用这项石墨烯技术来检测癌症是否复发。我们需要一份细胞样品，使之与石墨烯相互作用，接着，我们就能观察到癌细胞是否仍然存在了。”) U& F6 e. [; {9 h, h
此外，该技术也可用于区分其他类型的细胞、或其他活性不同的细胞。Berry 补充说：“石墨烯也可以用于区分革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌（以革兰氏染色法区分的两大类细菌），或者用于检测镰状细胞（镰状细胞病是一种遗传性血液病，因红细胞呈镰刀状而得名）。”$ J0 ~1 K+ H4 V0 M. a
几个月前，Berry 等人将石墨烯滴至棒状细菌之上，再对细菌进行真空收缩处理，在石墨烯上引入了纳米级的波纹。由此制备出的石墨烯在不同垂直方向上具有不同的导电性，可应用于电子器件领域。
  c: s9 c/ J# ~" R/ l5 zBerry 说：“我们把早先的工作翻转了一下。早先，我们是把石墨烯放到细胞上，在这次的工作中，我们则是把细胞放到石墨烯上，再来研究石墨烯原子振动。”5 @7 g7 t% L- P3 k, x
撰文 Bill Burton
& d& b+ W) ]5 E% p0 y' e翻译 王舟
9 F8 L) Q+ V" K8 L1 t原文链接：https://phys.org/news/2016-12-graphene-cancer-cells.html
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