Mod grafen biosensorer

For første gang, det er lykkedes et hold videnskabsmænd præcist at måle og kontrollere tykkelsen af ​​en organisk forbindelse, der er blevet bundet til et grafenlag. Dette kan gøre det muligt at bruge grafen som en følsom detektor for biologiske molekyler i fremtiden.

Rent kulstof forekommer i mange former. Udover de klassiske konfigurationer, der findes i diamanter, grafit, og kul, der er andre yngre eksotiske fætre som f.eks. grafen. Dens struktur ligner en honeycomb - et sekskantet net med et carbonatom i hvert hjørne - der kun er et enkelt atomlag tykt. Derfor, den er i det væsentlige todimensionel. Som resultat, grafen er ekstremt ledende, fuldstændig gennemsigtig, og ret robust både kemisk og mekanisk.

Grafen er ikke særlig selektivt

Det har længe været kendt, at grafen også er grundlæggende velegnet til at påvise spor af organiske molekyler. Dette skyldes, at den elektriske ledningsevne af grafen falder, så snart fremmede molekyler binder sig til det. Problemet, selvom, er, at dette sker med næsten hvert molekyle. Grafen er ikke særlig selektivt, hvilket gør det meget svært at differentiere molekyler. Derfor, den kan ikke bruges som sensor.

Nu, monteringsbeslag til detektormolekyler fastgjort

Nu har et hold fra HZB Institute for Silicon Photovoltaics fundet en måde at øge selektiviteten på. De havde succes med elektrokemisk at aktivere grafen og forberede det til at være vært for molekyler, der fungerer som selektive bindingssteder. For at opnå dette, para-maleimidophenylgrupper fra en organisk opløsning blev podet til overfladen af ​​grafen. Disse organiske molekyler opfører sig som monteringsbeslag, som de selektive detektormolekyler kan fastgøres til i næste trin. "Takket være disse molekyler, grafenen kan nu bruges til at detektere forskellige stoffer, der ligner hvordan en nøgle passer til en lås", forklarer Dr. Marc Gluba. "Låse" molekylerne på overfladen er meget selektive og absorberer kun de matchende "nøgle" molekyler.

Store grafenoverflader ved HZB

Andre forskergrupper havde også udført eksperimenter i denne retning. Imidlertid, de havde kun små grafenflager med diametre i mikron til rådighed for dem, så kanteffekter dominerede. I mellemtiden fysikere og kemikere på HZB producerede grafenoverflader flere kvadratcentimeter store, så kanteffekter næsten ikke spiller nogen rolle i sammenligning med overfladeprocesserne. Derefter, de overførte grafenlaget til en kvartskrystalmikrovægt. Enhver stigning i massen ændrer kvartskrystallens oscillerende frekvens, at selv små mængder helt ned til individuelle molekylære lag kan måles.

Præcis detektering og kontrol

"For første gang, vi var i stand til præcist og præcist at detektere, hvor mange molekyler der faktisk blev podet til overfladen af ​​grafen", rapporterer juniorforsker Felix Rösicke, som undersøgte dette problem til sin doktorafhandling. "Ud over, vi kan præcist kontrollere, hvor mange molekyler der binder til grafenet ved at justere en påført spænding", forklarer Dr. Jörg Rappich fra HZB Institute for Silicon Photovoltaics, Rösickes rådgiver.

"De forhåbninger, vi har til grafen, er virkelig enorme", siger prof. Norbert Nickel, leder af forskergruppen. For eksempel, én ting du kunne forestille dig ville være en virkelig billig "lab-on-a-chip" - du ville påføre en enkelt dråbe blod og straks få data til vigtig medicinsk diagnostik.