石墨烯柔性传感器实现单分子级生物检测，医疗诊断迎来革命性突破

美国斯坦福大学材料科学与工程系团队在《自然・纳米技术》2025 年 6 月刊发表的最新研究，揭示了一款基于单层石墨烯的柔性生物传感器的突破性进展 —— 其首次实现对单个蛋白质分子的实时动态检测，灵敏度较传统 ELISA 检测设备提升 1000 倍，为疾病早期诊断领域带来颠覆性变革。

这款传感器的核心突破在于量子隧穿效应的精准调控。研究团队通过化学气相沉积技术制备出 1.2 纳米厚的石墨烯薄膜，在其表面修饰特异性抗体分子后，当目标蛋白质（如肿瘤标志物）与之结合时，会引发石墨烯电子输运特性的量子级扰动。这种扰动通过自主研发的低温共烧陶瓷（LTCC）封装电路，可被转化为可测量的电信号，响应时间仅 0.1 毫秒。

“传统检测方法需要百万级分子浓度才能产生可识别信号，而我们的传感器能捕捉单个分子的结合事件。” 研究负责人艾米丽・陈教授在实验室演示中介绍，“在对 120 例胰腺癌疑似患者的盲测中，该传感器对 CA19-9 标志物的检测准确率达 98.7%，假阴性率仅 0.3%，且整个检测过程无需离心、显色等预处理步骤，5 分钟内即可完成。”

研发过程中，团队攻克了三大技术难关：一是通过边缘功能化处理解决石墨烯在水溶液中的稳定性问题，使其在 pH 值 3-10 的环境中可稳定工作 6 个月以上；二是开发出纳米级抗体固定技术，将分子结合效率从传统方法的 65% 提升至 92%；三是设计低噪声信号放大电路，将背景干扰压制在 0.01 纳安以下。

该技术的应用场景正快速拓展。除肿瘤诊断外，研究团队已成功将其用于新冠病毒抗原、寨卡病毒等病原体的快速检测，灵敏度达到 RT-PCR 水平的 1/10，但检测时间缩短至 3 分钟。美国国立卫生研究院已投入 2300 万美元支持其临床转化，预计 2027 年将完成 FDA 三期临床试验，商业化后有望将癌症早期检出率从目前的 45% 提升至 85% 以上，年减少医疗支出超 200 亿美元。

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