利用石墨烯無創(chuàng)檢測癌癥
2017-02-09 來源：環(huán)球科學(xué)
不同的細胞與石墨烯之間有著不同的相互作用。
有什么是石墨烯辦不到的？檢測癌癥？不，石墨烯現(xiàn)在可以用于檢測癌癥了。
伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校（Universityof Illinois at Chicago, UIC）的研究人員對石墨烯進行研究，通過腦細胞與石墨烯的相互作用，可以辨別出高度活躍的癌癥細胞，從而實現(xiàn)癌癥細胞與正常細胞的區(qū)分。據(jù)此，研究人員提出，這種簡單無創(chuàng)的石墨烯技術(shù)有望應(yīng)用于早期癌癥篩查。
Vikas Berry副教授是UIC化學(xué)工程系主任，他與UIC醫(yī)學(xué)院臨床神經(jīng)外科系A(chǔ)nkitMehta副教授開展合作，帶領(lǐng)團隊完成了這項研究。他說：“通過細胞與石墨烯的相互作用，這項技術(shù)能夠檢測出細胞的活性！
“石墨烯是世界上已知的最薄材料，而且這種材料對其表面發(fā)生的任何變化都非常敏感！盉erry解釋道，“細胞與石墨烯發(fā)生相互作用，改變了石墨烯的電荷分布，進而改變了原子振動能量，拉曼光譜技術(shù)就可以檢測到這種能量的變化！笔┦怯蓡螌犹荚訕(gòu)成的蜂窩狀二維納米材料，電子可以在石墨烯表面自由移動，由所有原子共享。Berry所提到的拉曼光譜則是研究石墨烯的常用技術(shù)，效果非常強大。
Berry說，高度活躍的癌癥細胞能夠讓石墨烯表面的負電荷增大更多，釋放出更多的質(zhì)子。因此，癌癥細胞對石墨烯晶格原子振動能量的影響程度不同于正常細胞。
他說：“細胞周圍的電場會對石墨烯的電子產(chǎn)生排斥作用！边@種排斥作用會導(dǎo)致碳原子振動能量的改變，用分辨率為300納米的拉曼成像技術(shù)可以準(zhǔn)確檢測出這種振動能量的改變，進而，也就能對單個細胞的活性進行表征。
這項研究發(fā)表在了期刊《美國化學(xué)學(xué)會應(yīng)用材料與表面》（ACS Applied Materials & Interfaces）上。文章選取培養(yǎng)了人體腦細胞，比較了正常星形膠質(zhì)細胞與多形性成膠質(zhì)細胞瘤之間的區(qū)別（多形性膠質(zhì)細胞瘤，glioblastoma multiforme，GBM，是星形細胞腫瘤中惡性程度最高的膠質(zhì)瘤）。Berry表示，研究人員正在用小鼠癌癥模型研究這項檢測技術(shù)，而且已經(jīng)獲得了“非常有前景”的實驗結(jié)果。隨著研究進一步深入，研究人員會在病人身上進行活體檢測實驗。
他說：“在腦癌患者接受手術(shù)之后，我們能用這項石墨烯技術(shù)來檢測癌癥是否復(fù)發(fā)。我們需要一份細胞樣品，使之與石墨烯相互作用，接著，我們就能觀察到癌細胞是否仍然存在了。”
此外，該技術(shù)也可用于區(qū)分其他類型的細胞、或其他活性不同的細胞。Berry補充說：“石墨烯也可以用于區(qū)分革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌（以革蘭氏染色法區(qū)分的兩大類細菌），或者用于檢測鐮狀細胞（鐮狀細胞病是一種遺傳性血液病，因紅細胞呈鐮刀狀而得名）！
幾個月前，Berry等人將石墨烯滴至棒狀細菌之上，再對細菌進行真空收縮處理，在石墨烯上引入了納米級的波紋。由此制備出的石墨烯在不同垂直方向上具有不同的導(dǎo)電性，可應(yīng)用于電子器件領(lǐng)域。
Berry說：“我們把早先的工作翻轉(zhuǎn)了一下。早先，我們是把石墨烯放到細胞上，在這次的工作中，我們則是把細胞放到石墨烯上，再來研究石墨烯原子振動！
論文鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.6b12307
正常細胞和癌癥細胞分別與石墨烯發(fā)生相互作用，通過拉曼成像技術(shù)，可以分辨兩種細胞的不同活性。（圖片來源：UIC/Vikas Berry）
有什么是石墨烯辦不到的？檢測癌癥？不，石墨烯現(xiàn)在可以用于檢測癌癥了。
伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校（Universityof Illinois at Chicago, UIC）的研究人員對石墨烯進行研究，通過腦細胞與石墨烯的相互作用，可以辨別出高度活躍的癌癥細胞，從而實現(xiàn)癌癥細胞與正常細胞的區(qū)分。據(jù)此，研究人員提出，這種簡單無創(chuàng)的石墨烯技術(shù)有望應(yīng)用于早期癌癥篩查。
Vikas Berry副教授是UIC化學(xué)工程系主任，他與UIC醫(yī)學(xué)院臨床神經(jīng)外科系A(chǔ)nkitMehta副教授開展合作，帶領(lǐng)團隊完成了這項研究。他說：“通過細胞與石墨烯的相互作用，這項技術(shù)能夠檢測出細胞的活性！
“石墨烯是世界上已知的最薄材料，而且這種材料對其表面發(fā)生的任何變化都非常敏感！盉erry解釋道，“細胞與石墨烯發(fā)生相互作用，改變了石墨烯的電荷分布，進而改變了原子振動能量，拉曼光譜技術(shù)就可以檢測到這種能量的變化！笔┦怯蓡螌犹荚訕(gòu)成的蜂窩狀二維納米材料，電子可以在石墨烯表面自由移動，由所有原子共享。Berry所提到的拉曼光譜則是研究石墨烯的常用技術(shù)，效果非常強大。
Berry說，高度活躍的癌癥細胞能夠讓石墨烯表面的負電荷增大更多，釋放出更多的質(zhì)子。因此，癌癥細胞對石墨烯晶格原子振動能量的影響程度不同于正常細胞。
他說：“細胞周圍的電場會對石墨烯的電子產(chǎn)生排斥作用！边@種排斥作用會導(dǎo)致碳原子振動能量的改變，用分辨率為300納米的拉曼成像技術(shù)可以準(zhǔn)確檢測出這種振動能量的改變，進而，也就能對單個細胞的活性進行表征。
這項研究發(fā)表在了期刊《美國化學(xué)學(xué)會應(yīng)用材料與表面》（ACS Applied Materials & Interfaces）上。文章選取培養(yǎng)了人體腦細胞，比較了正常星形膠質(zhì)細胞與多形性成膠質(zhì)細胞瘤之間的區(qū)別（多形性膠質(zhì)細胞瘤，glioblastoma multiforme，GBM，是星形細胞腫瘤中惡性程度最高的膠質(zhì)瘤）。Berry表示，研究人員正在用小鼠癌癥模型研究這項檢測技術(shù)，而且已經(jīng)獲得了“非常有前景”的實驗結(jié)果。隨著研究進一步深入，研究人員會在病人身上進行活體檢測實驗。
他說：“在腦癌患者接受手術(shù)之后，我們能用這項石墨烯技術(shù)來檢測癌癥是否復(fù)發(fā)。我們需要一份細胞樣品，使之與石墨烯相互作用，接著，我們就能觀察到癌細胞是否仍然存在了。”
此外，該技術(shù)也可用于區(qū)分其他類型的細胞、或其他活性不同的細胞。Berry補充說：“石墨烯也可以用于區(qū)分革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌（以革蘭氏染色法區(qū)分的兩大類細菌），或者用于檢測鐮狀細胞（鐮狀細胞病是一種遺傳性血液病，因紅細胞呈鐮刀狀而得名）！
幾個月前，Berry等人將石墨烯滴至棒狀細菌之上，再對細菌進行真空收縮處理，在石墨烯上引入了納米級的波紋。由此制備出的石墨烯在不同垂直方向上具有不同的導(dǎo)電性，可應(yīng)用于電子器件領(lǐng)域。
Berry說：“我們把早先的工作翻轉(zhuǎn)了一下。早先，我們是把石墨烯放到細胞上，在這次的工作中，我們則是把細胞放到石墨烯上，再來研究石墨烯原子振動！
論文鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.6b12307
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