由波士顿学院研究人员领导的一个团队使用一片石墨烯来追踪生物结构中固有的电子信号，以便开发一个平台来选择性地识别致命的细菌菌株。研究小组表示，这项工作可能会根据感染目标更准确的确定适当的抗生素。
石墨烯有助于建立一个新平台，以选择性识别致命菌株的图像
该论文的主要合著者波士顿大学物理学教授肯尼斯·伯奇说，该样机首次在单一平台上对致病菌金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和耐抗生素的鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)进行了选择性、快速和廉价的电检测。
抗菌素耐药性致病菌的迅速增加已成为全球的一大威胁，这在很大程度上是由于抗生素的过度使用。波士顿大学生物学副教授Tim van Opijnen说，这主要是由于缺乏快速、廉价、可扩展和准确的诊断方法。
特别关键的是确定细菌种类及其是否对抗生素具有抗药性，并且可以在容易操作的平台上进行鉴定。当前此类诊断相对较慢（从几小时到几天），需要大量的专业知识和非常昂贵的设备。
波士顿大学的研究人员与波士顿大学的同事一起开发了一种传感器，称为石墨烯场效应晶体管（G-FET），该传感器可以克服先前检测工作中的关键缺点，因为它是使用肽，链和链的高度可扩展平台。共同作者，卑诗省大学化学教授高建民说，这种连接氨基酸是廉价且易于使用的化学试剂。
伯奇说:“研究小组的目的是要证明，他们能够制造出一种设备，该设备能够“迅速探测到特定菌株和物种的存在，利用它们表面的大量电荷，并利用我们自己设计的合成肽捕获它们。”
该项目建立在van Opijnen和Gao的早期研究基础上，他们之前发现肽具有高度的选择性，但当时需要昂贵的荧光显微镜来进行检测。
研究小组对现有的肽进行了修饰，以使其能够附着在石墨烯上。这些肽被设计为与特定细菌结合，而排斥所有其他细菌。本质上，G-FET能够监控石墨烯上的电荷，同时将其暴露于各种生物制剂中。
由于这些肽的选择性，研究人员能够查明它们与所需细菌菌株的连接。通过电监测电阻并最终监测设备上的电荷，可以解决附着在石墨烯上的细菌的存在，即使对于单个细胞也是如此。
研究小组报告说，为了实现更快的速度和更高的灵敏度，在液体上施加了电场，以将细菌驱至设备，再次利用细菌上的电荷该。研究小组说，这种被称为介电电泳的过程以前从未应用于基于石墨烯的传感器，这可能为显著提高石墨烯生物传感在该领域的应用效果打开了大门。
伯奇说：“我们很惊讶细菌能被电引导到这些设备上。” “我们认为这会在一定程度上减少所需的时间和所需的浓度。总之，它工作得很好，以至于电场能够将所需的细菌浓度降低1000倍，并将检测时间减少到五分钟。”
该团队现在正在努力扩大可检测到的病原体的数量，并证明它可以直接作用于患者的样本。
相关文献：https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112123
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