碳纳米管研究发现局部溶剂化对生物传感器的荧光具有决定性作用

在鲁尔大学，Martina Havenith 教授和 Sebastian Kruss 教授的团队合作开展了一项新研究，该研究是卓越集群“鲁尔探索溶剂化”(简称 RESOLV)的一部分。博士生 Sanjana Nalige 和 Phillip Galonska 也为这项研究做出了重大贡献，该研究现已发表在《自然通讯》上。

先前的研究表明，单壁碳纳米管是生物传感器的强大组成部分。它们的表面可以通过化学方法与生物聚合物或 DNA 片段进行定制，从而与特定的目标分子发生特异性相互作用。

当这些分子结合时，纳米管会改变其近红外范围的发射，从而深入组织。例如，这样就可以检测到某些神经递质(即大脑中的信使物质)的存在。尽管此类传感器已投入使用，但其确切的功能原理尚不清楚。

由于大多数相关的生物过程都是在水中发生的，研究人员分析了水溶液中的碳纳米管。利用太赫兹光谱，他们能够检测到碳纳米管和水之间的能量流动方式。

决定性因素是生物传感器的水合壳，即纳米管周围的水分子。当碳纳米管受到激发时，其内部能量可以耦合到水合壳的振动上。

能量在水和纳米管之间流动：在分析物存在的情况下，传感器会变得更亮，向水中传输的能量更少。相反，变暗的传感器会向水中传输更多的能量。

“太赫兹光谱让我们能够直接测量我们之前只是猜测的东西，”塞巴斯蒂安·克鲁斯说。“这些见解提供了一种通用且合理的设计原则，可以开发出性能最佳的最佳生物传感器，用于研究和医学领域的新应用。”

RESOLV 卓越集群发言人 Martina Havenith 补充道：“在这项跨学科研究中，我们并没有把焦点放在碳纳米管本身上。相反，我们把焦点放在了溶剂——水上，并发现了碳纳米管周围水的变化与作为生物传感器的功能之间存在着以前未知的直接相关性。这正是 RESOLV 的宗旨。”