在紅外吸收光譜學(xué)這種標(biāo)準(zhǔn)的探測方法中,光被用來激活分子。不同分子的振動(dòng)不同,借由這種振動(dòng),分子會(huì)顯示其存在甚至表現(xiàn)自己的“性格”。這些“蛛絲馬跡”可在反射光中“讀出”。但在探測納米大小的分子時(shí),這一方法的表現(xiàn)差強(qiáng)人意。因?yàn)檎丈浞肿拥募t外光子的波長約為6微米,而目標(biāo)分子僅幾個(gè)納米,很難在反射光中探測到如此微小分子的振動(dòng)。
于是,石墨烯受命于危難之間。研究合作者丹尼爾·羅德里戈解釋道,如果讓石墨烯擁有合適的幾何形狀,其就能將光聚焦在表面上的某個(gè)特定點(diǎn)上,并“傾聽”附著其上的納米分子的振動(dòng)。他說:“通過使用電子束轟擊并使用氧離子蝕刻,我們在石墨烯表面弄了一些納米結(jié)構(gòu)。當(dāng)光到達(dá)時(shí),納米結(jié)構(gòu)內(nèi)的電子會(huì)振蕩,產(chǎn)生的‘局域表面等離子體共振’可將光聚集在某個(gè)點(diǎn)上,其與目標(biāo)分子的尺度相當(dāng),因此,能探測納米大小的結(jié)構(gòu)!
除此之外,這一過程也能揭示組成分子的原子鍵的屬性。研究人員稱,當(dāng)分子振動(dòng)時(shí),連接不同原子的原子鍵會(huì)產(chǎn)生多種振動(dòng),不同振動(dòng)之間的細(xì)微差別可提供與每個(gè)鍵的屬性以及整個(gè)分子的健康狀況有關(guān)的信息。為了找出每個(gè)原子鍵發(fā)出的“聲音”從而確定所有的頻率,需要用到石墨烯。在實(shí)驗(yàn)中,研究人員對石墨烯施加不同的電壓,讓其“調(diào)諧”到不同的頻率,從而能“閱讀”其表面上的分子的所有振動(dòng)情況,而使用目前的傳感器無法做到這一點(diǎn)。研究人員海蒂斯·奧特格說:“我們讓蛋白質(zhì)附著在石墨烯上,并用這一方法,得到了分子全方位的信息!
研究人員表示,這種簡單的方法表明,石墨烯在探測領(lǐng)域擁有不可思議的潛能,奧特格表示:“盡管我們研究的是生物分子,但這一方法或許也適用于聚合物和其他物質(zhì)。”