传染病的早期诊断可以帮助患者和卫生保健专业人员准确监测疫情，并在疾病的早期阶段提供治疗，避免任何有害后果。在监测此类疾病以防止任何可能的流行病时，信息的准确性至关重要。
研究：独立式激光诱导石墨烯超敏共振病毒传感器。图片来源：Christina Krivonos/Shutterstock.com
发表在ACS应用材料与接口杂志上的一篇文章讨论了高灵敏度传感器，独立式激光诱导石墨烯（FLIG）薄片的制造，用于高度可靠的病毒检测。在这里，使用FLIG薄片检测出严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）刺突蛋白。
FLIG薄片是30微米厚的无嵌多孔石墨烯泡沫，使用聚酰胺激光照射以低成本生成。FLIG的较大部分被切割成悬臂并用作悬挂式谐振器。
此外，还开发了SARS-CoV-2刺突蛋白的水生物传感方案。本文采用2019冠状病毒病（COVID-19）抗体对该器件进行功能化，表征了石墨烯传感器在缓冲液和水中的润湿动态响应。此外，所设计的装置可以特异性检测SARS-CoV-2刺突蛋白。
开发的石墨烯传感器在与SARS-CoV-2刺突蛋白的结合上显示出每皮克约1赫兹的质量依赖性频率响应偏移。最后，石墨烯传感器的检测极限（LOD）低至2.63皮克。FLIG平台技术的潜力在开发具有生物应用的高精度石墨烯传感器时得到了证明。
石墨烯传感器用于检测SARS-CoV-2刺突蛋白
石墨烯是一种碳同素异形体，由排列在二维（2D）六方晶格中的单片碳原子组成，其中每个原子与邻居共享三个面内σ键和一个平面外π键。
以前有报道过用于生产石墨烯的各种技术。最近，激光照射聚合物前体以诱导光化学和热转换成石墨烯被添加到制造程序中。以这种方式获得的石墨烯通常称为激光诱导石墨烯。激光诱导石墨烯应用于复合材料，气体传感器，软致动器等。
在大多数制造技术中，激光诱导的石墨烯仍然嵌入基板中，其去除需要刮擦，这要么破坏材料的结构，要么分层成聚合物并扰乱制造表面的形态。
COVID-19是一种人类传染病，与SARS-CoV-2（一种单链RNA包膜病毒）引起的严重呼吸窘迫有关。SARS-CoV-2刺突蛋白覆盖SARS-CoV-2的表面，并与宿主细胞受体血管紧张素转换酶2（ACE2）结合，介导病毒细胞进入。
诊断冠状病毒病（COVID-19）的主要技术是逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）技术。但是，这非常耗时，成本高昂，并且需要专业人员进行操作。最近，报道了几种基于石墨烯传感器的检测平台，用于检测具有高选择性和低LOD的SARS-CoV-2刺突蛋白。
激光诱导石墨烯检测SARS-CoV-2刺突蛋白
共振质量传感器甚至对小质量也很敏感。当质量与这些传感器结合时，会观察到一个频移，否则该频移会在其基频周围产生共振。此外，减小谐振器的尺寸可以提高传感器的灵敏度，因为它对小信号的高响应。
在本研究中，基于FLIG的谐振器被构建为具有小型化尺寸的谐振传感器，并且对SARS-CoV-2刺突蛋白及其定量具有高灵敏度和选择性。FLIG使用与SARS-CoV-2刺突蛋白抗体功能化，使用与石墨烯和激光诱导的石墨烯材料强烈结合的含芘连接剂。
石墨烯传感器与SARS-CoV-2刺突蛋白抗体的功能化使其成为选择性质量传感器。功能化石墨烯传感器最初以基频振动，在SARS-CoV-2刺突蛋白结合时，由于质量增加，观察到共振频率的变化。
因此，FLIG传感器可以指示SARS-CoV-2刺突蛋白的存在并量化存在的病毒数量。功能化的FLIG表现出优异的性能，可感应到2.63皮克的额外质量，计算出只有大约5000个病毒。
结论
总体而言，本工作展示了用于检测SARS-CoV-2刺突蛋白的超灵敏石墨烯传感器的制造。这些石墨烯传感器是基于FLIG的谐振器，其机械性能和共振响应对于谐振传感器非常出色。
该检测过程针对液体介质中的传感进行了优化。FLIG被COVID-19抗体功能化，当暴露于SARS-CoV-2刺突蛋白时，这些抗体导致共振频率的浓度依赖性变化。功能化的FLIG平台具有高度多孔性，并且具有低质量密度结构，具有出色的性能传感。
此外，FLIG以超低成本获得，相应传感器的工作原理很简单。因此，FLIG技术适合作为便携式石墨烯传感器中的传感元件，以检测SARS-CoV-2刺突蛋白等病毒蛋白，这是大流行管理中的重要策略。
由于人造石墨烯传感器的敏感性，可以定量估计SARS-CoV-2刺突蛋白，以获得有关患者疾病严重程度，分期和传染性的宝贵信息。
参考
Ben-Shimon, Y., Sharma, C. P., Arnusch, C. J., Ya’akobovitz, A. (2022). Freestanding Laser-Induced Graphene Ultrasensitive Resonative Viral Sensors. ACS Applied Materials & Interfaces. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c08302
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