石墨烯量子晶體管或可用于醫(yī)療電子領(lǐng)域

在基因組測(cè)序技術(shù)領(lǐng)域，科學(xué)家在不斷追求速度更快、成本更低的方法和設(shè)備。最近，美國(guó)伊利諾斯大學(xué)厄本那—香檳分校最近開發(fā)出了一種新奇的方法：把石墨烯納米帶(GNR)夾在兩層有納米孔(內(nèi)徑約1納米)的固體膜中間，再讓DNA分子穿過這種“三明治”設(shè)備，以此來感知辨認(rèn)所通過的DNA堿基對(duì)。

研究人員設(shè)計(jì)的DNA感測(cè)器是一種以石墨烯為基礎(chǔ)的場(chǎng)效應(yīng)類晶體管設(shè)備，能探測(cè)DNA鏈的旋轉(zhuǎn)和位置結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的關(guān)鍵是利用了石墨烯的電學(xué)性質(zhì)，制成的GNR可以多方調(diào)節(jié)，改變它的邊緣形狀、載流子濃度、納米孔位置等，由此來調(diào)節(jié)它的電導(dǎo)率和對(duì)外部電荷的靈敏度。

“在這一專業(yè)領(lǐng)域，當(dāng)前主要的實(shí)驗(yàn)研究是模型模擬。”這里面臨著許多難題和挑戰(zhàn)，讓-皮埃爾·萊伯頓教授介紹說，常用的密度泛函理論(DFT，一種物理學(xué)和化學(xué)中所用的量子力學(xué)模型方法，用于研究多物體系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu))，僅限于固體系統(tǒng)中，而我們所處理的是一種固—液混合系統(tǒng)。此外，DFT還要對(duì)石墨烯納米帶假設(shè)一些過于簡(jiǎn)單和理想化的條件，比如GNR寬度要一致，邊緣要規(guī)則，納米孔還要位于石墨烯帶的中心，沒有電解液的靜電穿透等。

“在我們的方法中，我們使用一種多軌道緊綁(TB)技術(shù)，比DFT處理的原子數(shù)量要大得多，而且考慮了GNR寬度不一，邊緣不規(guī)則，以及納米孔大小和位置不同等問題。”萊伯頓解釋說。此外，他們用一種多尺度法處理了雙混系統(tǒng)。

研究人員指出，其他領(lǐng)域也可能從這項(xiàng)研究中受益。比如開發(fā)新的小型生物電子設(shè)備，廣泛用于個(gè)體化醫(yī)療。萊伯頓說：“從更廣泛的意義上說，這是生物學(xué)與納米電子學(xué)在分子水平上的互動(dòng)。納米電子設(shè)備帶給我們控制生物信息的可能，利用生物處理海量信息的能力，開辟信息處理技術(shù)的新天地。”