美研鉛檢測器監測水質

隨着工業市場迅速發展，鉛被廣泛應用到各行各業，鉛對環境的污染越來越重，對人體的健康危害也越來越大。目前鉛主要是通過食物、飲用水、空氣等方式影響人體健康。美國加州大學研究團隊日前開發了一種由石墨烯製成的超靈敏感測器，可檢測水中極低濃度的鉛離子。該設備對鉛的檢測低至飛摩爾（計量單位）水平，比以往傳感技術靈敏一百萬倍。

研究表明，鉛是除金和汞之外較重的金屬，水環境中的鉛少部分來源於天然含鉛礦物的溶出，大部分來自含鉛礦山、含鉛化合物冶煉和生產工廠及企業排放的廢水。自來水的鉛基本上來源於家用飲用水管道系統，包括含鉛的水管、配件、連接設備、焊料等。飲用水中的鉛濃度達到百萬分之幾的水平就可能導致有害的後果，如阻礙人的生長發育等。新檢測設備由安裝在硅片上的單層石墨烯組成。石墨烯是一種二維碳材料，自問世以來被大量研究人員應用於光電探測器中，其因吸收光譜寬、響應速度快、載流子遷移率高等優異的性能而受到青睞，但是石墨烯自身增益機制不足且存在光吸收弱等問題，導致石墨烯光電探測器件性能較低。此外，石墨烯具有卓越的導電性和表面積體積比，為傳感應用提供理想平台。研究人員通過在石墨烯表面附着一個連接體分子來增強石墨烯的傳感能力。該連接體充當離子受體的錨，最終與鉛離子結合。

研究人員介紹稱，石墨烯可做成化學感測器，過程主要是通過石墨烯的表面吸附性能來完成的。根據部分研究團隊的研究可知，石墨烯化學探測器的靈敏度可以與單分子檢測的極限相比擬，其獨特的二維結構使它對周圍的環境非常敏感。它是電化學生物感測器的理想材料，製成的感測器在醫學上檢測多巴胺、葡萄糖等具有良好的靈敏性。加州研究人員使用適體（一種短的單鏈DNA或RNA）作為離子受體，這些受體分子對特定離子具有選擇性。研究人員通過調整受體的DNA或RNA序列，進一步增強了受體與鉛離子的親和力，確保感測器僅在與鉛離子結合時才會被觸發。

研究人員分析了該系統的熱力學參數，如結合能、電容變化和分子構象，發現它們在優化感測器性能方面發揮了關鍵作用。通過優化這些熱力學參數以及整個系統的設計，研究人員創造了一種能以前所未有的靈敏度和特異度檢測鉛離子的感測器，實現了飛摩爾水平上的檢測極限。

研究團隊表示，雖然這項技術目前還處於概念驗證階段，但研究人員希望將來能將其用於實際檢測，最終目標是“在水中哪怕只有一個鉛離子存在，也能檢測出來”。

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