Grafeengebaseerd apparaat voor ultragevoelige biosensoren

Ultragevoelige biosensoren voor het onderzoeken van eiwitstructuren kunnen de diepte van de diagnose voor een breed scala aan ziekten die zich uitstrekken tot zowel mens als dier aanzienlijk verbeteren. Deze omvatten de ziekte van Alzheimer, Chronic Wasting Disease en gekkekoeienziekte - aandoeningen die verband houden met het verkeerd vouwen van eiwitten. Dergelijke biosensoren kunnen ook leiden tot verbeterde technologieën voor het ontwikkelen van nieuwe farmaceutische verbindingen.

Grafeen, een materiaal gemaakt van een enkele laag koolstofatomen, werd meer dan tien jaar geleden ontdekt. Het heeft onderzoekers geboeid met zijn reeks verbazingwekkende eigenschappen die in veel nieuwe toepassingen zijn gebruikt, waaronder het creëren van betere sensoren voor het detecteren van ziekten. Er zijn aanzienlijke pogingen gedaan om biosensoren te verbeteren met behulp van grafeen, maar de uitdaging bestaat met zijn opmerkelijke dikte van één atoom. Dit betekent dat het niet efficiënt in wisselwerking staat met licht wanneer het er doorheen schijnt. Lichtabsorptie en omzetting in lokale elektrische velden is essentieel voor het detecteren van kleine hoeveelheden moleculen bij het diagnosticeren van ziekten. Eerder onderzoek met vergelijkbare grafeen-nanostructuren heeft slechts een lichtabsorptiesnelheid van minder dan 10 procent aangetoond.

Onderzoekers hebben grafeen gecombineerd met nano-sized metalen linten van goud. Met behulp van plakband en een nanofabricagetechniek genaamd 'template stripping', waren ze in staat om een ​​ultravlak basislaagoppervlak voor het grafeen te creëren. De energie van licht werd vervolgens gebruikt om een ​​klotsende beweging van elektronen in het grafeen te genereren, plasmonen genaamd, die als rimpelingen of golven zijn die zich door een zee van elektronen verspreiden. Evenzo kunnen deze golven in intensiteit toenemen tot gigantische vloedgolven van lokale elektrische velden.

Door licht op het grafeenlaagapparaat van één atoom dik te laten schijnen, werd een plasmongolf gecreëerd met ongekende efficiëntie met een bijna perfecte 94 procent lichtabsorptie in vloedgolven van elektrisch veld. Toen eiwitmoleculen tussen het grafeen en de metalen linten werden ingebracht, werd voldoende energie gebruikt om enkele lagen eiwitmoleculen te bekijken.