Grafensensorer registrerer HIV-DNA

Leiden og Jülich forskere opdagede en elegant og enkel tilgang til at forbedre følsomheden af ​​grafen biosensorer. Disse såkaldte 'næste generation af grafen elektroniske biokemiske sensorenheder' er i stand til at detektere meget lave mængder HIV-DNA takket være deres meget lave elektroniske støj.

Grafens rigdom af elektroniske egenskaber har tiltrukket enorm interesse for elektrisk detektering af kemiske og biologiske arter ved hjælp af dette todimensionelle materiale. "I løbet af de sidste år, vi har været fokuseret på at høste de unikke fysiske og kemiske egenskaber, som grafen tilbyder til udviklingen af ​​alsidige elektroniske sensorenheder. Skabelsen af ​​praktiske grafen elektroniske sensorer, imidlertid, afhænger i høj grad af vores evne til at forstå og opretholde et lavt niveau af elektronisk støj. Og vi mener, at det er den grundlæggende årsag til at begrænse sensoropløsningen, " siger Wangyang Fu. Fu er seniorforsker ved Leiden Institute of Chemistry og modtager af et NWO Veni-bevilling og et APM-bevilling fra SNF.

Med kolleger fra både Leiden Universitet og Jülich Research Centre, Fu rapporterer en støjsvag grafen elektronisk sensor ved at betjene sensoren nær dens neutralitetspunkt, hvor den elektroniske støj viser sig at være minimeret. "En sådan minimering af den elektroniske støj kan opnås med kompromisløs sensing respons, og dermed forbedrer signal-til-støj-forholdet markant - sammenlignet med det for en konventionelt betjent grafentransistor til konduktansmåling, " forklarer Fu.

I deres papir, Fu og kolleger leverer også en proof-of-concept-demonstration af brugen af ​​støjsvage grafenchips til biokemiske registreringsapplikationer (se billede). I dette tilfælde, de brugte deres sensor til at opdage HIV-DNA. De udvalgte et fragment af et HIV-gen, der er involveret i at regulere virus-stredding som et testleje. Dette enkeltstrengede stykke DNA er bundet til grafenoverfladen. "Et enkeltstrenget PNA-molekyle – en syntetisk variant af DNA – forankres først ikke-kovalent på grafenoverfladen med en pyrenlinkergruppe. Derefter kan en komplementær DNA-streng binde. Vi kan detektere denne hybridiseringsbegivenhed meget følsomt ved meget lav støj niveau, " sagde medforfatterne Lingyan Feng og Dirk Mayer.

Medforfattere Andreas Offenhӓusser og Hans-Joachim Krause opsummerer:"Udviklingen af ​​støjsvag, transportabel, og pålidelige grafensensorer til point-of-care applikationer er på grænsen til grafenelektronik og biosensorer. Det kan have en enorm samfundsmæssig betydning for det bredere felt af medicinsk diagnose."