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石墨烯又炫技,无创也能检测癌细胞  

2017-02-09 13:21:49|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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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。

 Vikas 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。”

“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。

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。

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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)

Berry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。

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。

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。

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。”

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)。”

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。

Berry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。”

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