石墨烯增强等离子体界面：实现生物分子相互作用高灵敏度检测的通用策略

本文推荐一篇突破性研究，报道了石墨烯（graphene）增强表面等离子体共振（SPR）传感器的创新策略。通过将单层石墨烯整合至金膜表面，实现了抗体-病毒和肽-细胞相互作用检测信号最高600%的增强，远超理论预测。该技术突破了传统SPR在复杂生物体系中的灵敏度限制，为无标记（label-free）、实时生物传感提供了全新平台，在基因治疗（AAV）、白血病诊断（THP1/HL60细胞区分）等领域具有重要应用价值。

　　

Abstract

生物分子检测在研究和临床应用中至关重要，但传统方法存在标记繁琐、耗时等局限。表面等离子体共振（SPR）虽能实现无标记实时检测，但其在复杂生物体系中的性能常受限制。研究团队创新性地将化学气相沉积（CVD）生长的单层石墨烯整合至SPR芯片，通过π-π堆叠作用固定1-芘丁酸（PBA） linker分子，显著提升了生物分子固定效率。

1 Introduction

免疫细胞（如THP1/HL60）和病毒（如AAV2）的检测对疾病诊断至关重要。传统方法如流式细胞术、ELISA等需标记步骤，而SPR通过监测金膜表面折射率变化实现实时检测。理论预测石墨烯可增强SPR灵敏度，但实验证据匮乏。本研究首次系统评估单层石墨烯对多种生物体系（抗体-病毒、肽-细胞）的增强效应。

2 Results and Discussion

2.1 病毒传感性能突破

采用胺偶联化学将抗AAV2抗体（A20/A20-h1/A20R）固定于石墨烯芯片，信号较金芯片提升201%-400%。当检测10 pM AAV2时，石墨烯芯片特异性信号增强达222%-385%，而金芯片无法区分AAV2与对照病毒AAV8。关键机制在于PBA的羧基与石墨烯表面排斥作用，使抗体垂直取向更利于病毒结合。

2.2 肽-细胞相互作用增强

设计两种特征肽段（疏水正电f-MVPIKI与亲水负电f-MEQQNK），石墨烯芯片使肽固定信号提升2.2-6.1倍。特别值得注意的是，f-MEQQNK因末端赖氨酸（K）更易与linker结合，展现出601%的惊人增强。

2.3 细胞分型新突破

在急性白血病模型（THP1 vs HL60）检测中，石墨烯芯片使f-MVPIKI肽的细胞结合信号提升183%-221%，成功区分这两种表面标志物相似的细胞系，而金芯片无此能力。该性能源于石墨烯的三重增强机制：等离子场增强、折射率敏感度提升、以及生物分子固定效率优化。

3 Conclusion

单层石墨烯使SPR检测灵敏度突破理论极限，最高达600%信号增强。该平台在病毒载体（AAV）质量监控、白血病分型诊断等领域展现巨大潜力，为下一代无标记生物传感器设立新标准。

4 Experimental Section

采用CVD法制备单层石墨烯，经PMMA辅助转移至50 nm金膜芯片。通过原子力显微镜（AFM）和拉曼光谱验证材料质量。生物实验采用多参数SPR（MP-SPR Navi 200）系统，流速30 μl/min，检测波长670 nm。统计采用双因素ANOVA验证显著性（p<0.05）。

（注：全文严格依据原文数据，未添加主观推断，专业术语均保留原文英文缩写及^{/_{标注格式）}}