近年來，二維材料的出現為光電子、電化學和納米電子傳感研究翻開了新的一頁。尤其是二維材料與傳統光學傳感機制的結合極大地提高了傳感器的靈敏度。石墨烯、氧化石墨烯、過渡金屬二硫屬化合物等二維材料與傳統表面等離子激元生物傳感器的金屬層結合而成的復合多層納米結構對于靈敏度的大幅提升，引起了廣泛的關注和理論研究。

    然而，關于這種基于二維材料的復合多層納米結構的等離子體傳感機制從理論到生物實驗的系統研究少之又少，而其在由于輕巧靈活和高集成度等特點而越來越受到青睞的光纖傳感器上的應用仍是空白。

    新加坡南洋理工大學電機與電子工程學院魏磊教授帶領張夢影等課題組成員在側邊拋磨光纖上集成了單層石墨烯包覆金納米層的復合結構以實現對生物分子的探測。通過對本征模的計算分析，他們發現石墨烯在金納米層表面的疊合有效地增強了金表面的等離子激元，并且單層石墨烯相較于多層石墨烯有更好的增強效果。表面等離子激元的增強得益于石墨烯相對于金較小的逸出功，因而大量電子由石墨烯轉移到金納米層表面來達到費米能級的平衡。單層石墨烯使得金納米層表面的等離子激元強度提升了30%，從而相應地在傳感機制上提高了對外界折射率的靈敏度。同時他們通過實驗驗證了計算結果。

    除了增強表面等離子體激元強度，石墨烯還起到了極好的金表面修飾作用。石墨烯的碳六邊形結構與生物化學分子中普遍存在的芳香環形成π-π堆積，因此能夠高效率地吸附待測分子。并且，其僅僅單個碳原子的厚度(0.34 nm)對光纖倏逝場的損耗微乎其微，這一點較于傳統上幾納米厚度的表面修飾方法是極大的優勢。基于以上優勢，集成了石墨烯/金納米層復合結構的光纖傳感器對單鏈DNA分子的探測極限達到了10-12 M低。”

    研究者相信，基于二維材料的復合等離子體結構的光纖生物傳感器將為具有高靈敏度和高集成度的微型原位傳感的實現帶來美好前景。相關論文在線發表在《Advanced Materials Technologies》