石墨烯又炫技，無創也能檢測癌細胞

關鍵詞：石墨烯；癌細胞；檢測；拉曼成像；

撰文 |Bill Burton

翻譯 | 王舟

有什麼是石墨烯辦不到的？檢測癌症？不，石墨烯現在可以用於檢測癌症了。

伊利諾伊大學芝加哥分校（Universityof Illinois at Chicago, UIC）的研究人員對石墨烯進行研究，通過腦細胞與石墨烯的相互作用，可以辨別出高度活躍的癌症細胞，從而實現癌症細胞與正常細胞的區分。據此，研究人員提出，這種簡單無創的石墨烯技術有望應用於早期癌症篩查。

Vikas Berry副教授是UIC化學工程系主任，他與UIC醫學院臨床神經外科系AnkitMehta副教授開展合作，帶領團隊完成了這項研究。他說：「通過細胞與石墨烯的相互作用，這項技術能夠檢測出細胞的活性。」

「石墨烯是世界上已知的最薄材料，而且這種材料對其表面發生的任何變化都非常敏感。」Berry解釋道，「細胞與石墨烯發生相互作用，改變了石墨烯的電荷分布，進而改變了原子振動能量，拉曼光譜技術就可以檢測到這種能量的變化。」石墨烯是由單層碳原子構成的蜂窩狀二維納米材料，電子可以在石墨烯表面自由移動，由所有原子共享。Berry所提到的拉曼光譜則是研究石墨烯的常用技術，效果非常強大。

正常細胞和癌症細胞分別與石墨烯發生相互作用，通過拉曼成像技術，可以分辨兩種細胞的不同活性。

（圖片來源：UIC/Vikas Berry）

Berry說，高度活躍的癌症細胞能夠讓石墨烯表面的負電荷增大更多，釋放出更多的質子。因此，癌症細胞對石墨烯晶格原子振動能量的影響程度不同於正常細胞。

他說：「細胞周圍的電場會對石墨烯的電子產生排斥作用。」這種排斥作用會導致碳原子振動能量的改變，用解析度為300納米的拉曼成像技術可以準確檢測出這種振動能量的改變，進而，也就能對單個細胞的活性進行表徵。

這項研究發表在了期刊《美國化學學會應用材料與表面》（ACS Applied Materials & Interfaces）上。文章選取培養了人體腦細胞，比較了正常星形膠質細胞與多形性成膠質細胞瘤之間的區別（多形性膠質細胞瘤，glioblastoma multiforme，GBM，是星形細胞腫瘤中惡性程度最高的膠質瘤）。Berry表示，研究人員正在用小鼠癌症模型研究這項檢測技術，而且已經獲得了「非常有前景」的實驗結果。隨著研究進一步深入，研究人員會在病人身上進行活體檢測實驗。

他說：「在腦癌患者接受手術之後，我們能用這項石墨烯技術來檢測癌症是否複發。我們需要一份細胞樣品，使之與石墨烯相互作用，接著，我們就能觀察到癌細胞是否仍然存在了。」

此外，該技術也可用於區分其他類型的細胞、或其他活性不同的細胞。Berry補充說：「石墨烯也可以用於區分革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌（以革蘭氏染色法區分的兩大類細菌），或者用於檢測鐮狀細胞（鐮狀細胞病是一種遺傳性血液病，因紅細胞呈鐮刀狀而得名）。」

幾個月前，Berry等人將石墨烯滴至棒狀細菌之上，再對細菌進行真空收縮處理，在石墨烯上引入了納米級的波紋。由此製備出的石墨烯在不同垂直方向上具有不同的導電性，可應用於電子器件領域。

Berry說：「我們把早先的工作翻轉了一下。早先，我們是把石墨烯放到細胞上，在這次的工作中，我們則是把細胞放到石墨烯上，再來研究石墨烯原子振動。」