En los Estados Unidos, se emitieron más de 100 ordenes de retiro de alimentos en 2017 debido a la contaminación de bacterias dañinas como Listeria, Salmonella o E. Coli. Un nuevo diseño de sensor podría hacer que algún día sea más fácil detectar patógenos en los alimentos antes de que los productos lleguen a las estanterías de los supermercados, evitando así enfermedades a veces mortales causadas por alimentos contaminados.

En la revista Optical Materials Express, los investigadores informan un nuevo diseño para un sensor que puede detectar simultáneamente múltiples sustancias, como bacterias peligrosas y otros patógenos. Además de la seguridad alimentaria , el nuevo diseño podría mejorar la detección de gases y productos químicos para una amplia gama de otras aplicaciones.

“Nuestro diseño se basa en láminas de grafeno , que son cristales bidimensionales de carbono de un átomo de espesor”, dijo el miembro del equipo de investigación Bing-Gang Xiao, de la Universidad China Jiliang. “El sensor no solo es muy sensible, sino que también se puede ajustar fácilmente para detectar diferentes sustancias”.

Detección con grafeno

Las excelentes propiedades ópticas y electrónicas del grafeno lo hacen atractivo para sensores que utilizan ondas electromagnéticas conocidas como plasmones que se propagan a lo largo de la superficie de un material conductor en respuesta a la exposición a la luz. Se puede detectar una sustancia midiendo cómo cambia el índice de refracción del sensor cuando una sustancia de interés está cerca de la superficie del grafeno.

Los investigadores han aprovechado las propiedades únicas del grafeno para crear sensores y materiales para una amplia gama de aplicaciones en los últimos años. Comparado con metales como el oro y la plata, el grafeno exhibe ondas de plasmón más fuertes con distancias de propagación más largas. Además, la longitud de onda a la que responde el grafeno se puede cambiar aplicando un voltaje de polarización en lugar de recrear todo el dispositivo. Sin embargo, pocos esfuerzos de investigación anteriores han demostrado sensores de grafeno sensibles que funcionan con las longitudes de onda infrarrojas necesarias para detectar bacterias y biomoléculas.

Para el nuevo sensor, los investigadores utilizaron cálculos teóricos y simulaciones para diseñar una serie de discos de grafeno a nanoescala que contienen un orificio descentrado. El sensor incluye capas de gel de iones y silicio que se pueden usar para aplicar un voltaje para ajustar las propiedades del grafeno para la detección de varias sustancias.

La interacción entre los discos y sus agujeros crea lo que se conoce como el efecto de hibridación de plasmones, lo que aumenta la sensibilidad del dispositivo. El orificio y el disco también crean diferentes picos de longitud de onda que se pueden usar para detectar la presencia de diferentes sustancias simultáneamente.

Las simulaciones realizadas por los investigadores que utilizan longitudes de onda del infrarrojo medio mostraron que su nueva plataforma de sensores sería más sensible a las sustancias presentes en los gases, líquidos o sólidos que el uso de discos sin orificios.

Los investigadores ahora están trabajando para mejorar el proceso que se usaría para hacer la matriz de discos a nanoescala. La precisión con la que se fabrican estas estructuras tendrá un gran impacto en el rendimiento del sensor.

“También queremos explorar si el efecto de hibridación de grafeno-plasmón podría usarse para ayudar al diseño de dispositivos de comunicación óptica de infrarrojo medio de banda dual”, dijo Xiao.

Más información: Shaokang Gong et al, Metamateriales de grafeno sintonizables de doble banda inducidos por hibridación para la detección, Optical Materials Express (2018). DOI: 10.1364 / OME.9.000035

Via: https://phys.org/news/2018-12-graphene-based-sensor-food-safety.html