生物传感器目前用于医疗保健中以监测血糖；然而，它们也有可能检测到细菌。大阪大学的研究人员发明了一种新的生物传感器，使用石墨烯 - 一种由一个原子厚的碳层组成的材料 - 来检测细菌，例如那些攻击胃壁并与胃癌有关的细菌。当细菌与生物传感器相互作用时，触发化学反应，石墨烯检测到化学反应。为了能够检测化学反应产物，研究人员使用微流体技术将细菌包含在靠近传感器表面的极微小液滴中。
为了让细菌粘住，研究人员用抗体覆盖了石墨烯，这是一种将细菌固定在生物传感器表面的常用方法。然而，尽管抗体非常小（约10nm），但在原子尺度上与石墨烯的原子薄层相比，它们实际上非常大且体积大。当细菌与抗体相互作用时，石墨烯不能直接检测到这些细菌，因为其表面的抗体会阻断信号；这种信号阻塞效应称为德拜筛选。
为了克服Debye筛选限制，研究人员决定监测细菌在某些化学物质存在下进行的化学反应，并将它们添加到微小的水滴中。反应中产生的化学物质远小于抗体，并且可以很容易地在它们之间滑动并到达石墨烯表面。通过仅分析微流体产生的微小液滴中的细菌，细菌及其反应产物可以保持靠近石墨烯表面，甚至可以随时监测反应产物的浓度。
“我们的生物传感器能够通过限制其在明确定义的微量体积中的反应来高度敏感和定量检测导致胃溃疡和胃癌的细菌，”该研究的共同作者Kazumhiko Matsumoto说。
石墨烯传感表面能够反馈电信号，该电信号根据微滴中存在多少反应产物以及其累积的速度而变化。这些电信号可用于计算液滴中的细菌数量。石墨烯设置在场效应晶体管（FET）结构中，其作用是显着增加来自石墨烯感测表面的电检测信号。
“我们的生物传感器基本上是石墨烯FET上的一个小型实验室。该传感器演示了石墨烯等二维材料如何越来越接近应用于实际医疗和医疗保健应用中，”第一作者Takao Ono说。
该研究的结果可用于创建这些“石墨烯实验室 - FET”生物传感器的全部宿主，以检测各种不同的细菌。可以在不到30分钟的时间内检测到微小浓度的细菌；因此，这项工作代表了未来可能更快地诊断潜在有害细菌的可能性。