石墨烯量子晶體管可廣泛用于個體化醫(yī)療

在基因組測序技術領域，科學家在不斷追求速度更快、成本更低的方法和設備。最近，美國伊利諾斯大學厄本那—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”設備，以此來感知辨認所通過的DNA堿基對。

研究人員設計的DNA感測器是一種以石墨烯為基礎的場效應類晶體管設備，能探測DNA鏈的旋轉(zhuǎn)和位置結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)這一點的關鍵是利用了石墨烯的電學性質(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)它的電導率和對外部電荷的靈敏度。

“在這一專業(yè)領域，當前主要的實驗研究是模型模擬?！边@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，一種物理學和化學中所用的量子力學模型方法，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還要對石墨烯納米帶假設一些過于簡單和理想化的條件，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，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，其他領域也可能從這項研究中受益。比如開發(fā)新的小型生物電子設備，廣泛用于個體化醫(yī)療。萊伯頓說：“從更廣泛的意義上說，這是生物學與納米電子學在分子水平上的互動。納米電子設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，開辟信息處理技術的新天地?！?/p>