Desarrollo de sensores mas exactos gracias al grafeno

Un desafío común cuando se intenta hacer un sensor basado en grafeno eran los altos niveles de ruido electrónico que se producían, lo que reducía su efectividad.

En un trabajo reciente, un equipo internacional de investigadores propuso un dispositivo semiconductor basado en grafeno que reduce el ruido electrónico cuando su carga eléctrica es neutral (denominado punto de neutralidad). El grupo alcanzó este punto de neutralidad sin la necesidad de un equipo magnético voluminoso que haya impedido previamente que estos enfoques se utilicen en aplicaciones de sensores portátiles.

Es un dispositivo de prueba de concepto, los investigadores utilizaron su nuevo esquema de detección para detectar la hibridación de ADN relacionada con el VIH a concentraciones picomolares.

El equipo fabricó un detector de carga de grafeno que puede detectar cantidades muy pequeñas de cargas cerca de su superficie, el principio de detección del dispositivo se basa en la detección de especies de carga a través del efecto de campo, que produce un cambio en la conductancia eléctrica del grafeno al adsorberse una molécula cargada en la superficie del sensor.

“El grafeno es perfecto para esa aplicación”, explicaron los miembros del equipo.

“El grafeno es único entre otros materiales de estado sólido en que todos los átomos de carbono se encuentran en la superficie, lo que hace que la superficie del grafeno sea muy sensible para detectar cambios en el ambiente”.

Sin embargo, el equipo señala que la capacidad de crear grafeno electroquímicamente controlado, los transistores con efecto de campo basados ​​en la detección de especies cargadas también requieren una pequeña cantidad de ruido electrónico, cuya existencia limita fundamentalmente la resolución del sensor.

“Creo que hemos descubierto un enfoque elegante y simple para mejorar la sensibilidad de los dispositivos de sensores bioquímicos electrónicos de grafeno de próxima generación”

“Nuestro dispositivo puede funcionar en su punto de neutralidad de bajo ruido sin la necesidad de equipos magnéticos complicados que otros enfoques que utilizan y dependen del grafeno”.

Los investigadores agregan que el ruido electrónico se puede reducir sin comprometer la respuesta de detección, lo que permite una mejora significativa de la relación señal / ruido en comparación con la de un transistor de grafeno operado convencionalmente para medir la conductancia, dicha reducción de ruido y el mantenimiento de la respuesta de detección se logra haciendo uso de una de las propiedades únicas de los transistores de efecto de campo de grafeno: su comportamiento ambipolar (ambos de tipo n o p) cerca del punto de neutralidad.

Este punto de neutralidad aparece en el grafeno como el punto más bajo de conductancia en el material y es el resultado de la estructura de banda electrónica única del grafeno. En este punto de baja conductancia, los sensores de grafeno pueden operar a un nivel de ruido más bajo. Si bien esto no compromete la respuesta de detección, sí disminuye la relación señal / ruido del dispositivo, lo que da como resultado una respuesta de detección mejorada en general.

Otra característica del último dispositivo es el uso de la denominada “limpieza electroquímica” in situ para garantizar una superficie de grafeno limpia, que es una nueva técnica que permite que los biosensores electrónicos de grafeno brinden un rendimiento confiable.

Si bien pudieron probar su esquema de detección del VIH, se debe hacer más trabajo antes de que este dispositivo llegue a la próxima generación de sensores bioquímicos. En primer lugar, el equipo cree que es necesario ampliar las matrices electrónicas de grafeno miniaturizadas. Además, la manipulación de fluidos microfluídicos o nanoflúdicos también debe integrarse en las matrices. También habrá una necesidad de limpieza electroquímica en el sitio en cada uno de los dispositivos y una mayor funcionalización de la superficie para adaptarse a diferentes casos de detección de biomoléculas.

Los investigadores pretenden adoptar esta tecnología de bajo ruido para otros métodos de detección de moléculas individuales y evaluar el rendimiento de dichos sensores.

Via: https://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/devices/electronic-noise-in-graphenebased-sensors-reduced-and-sensitivity-increased