Investigadores de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Minnesota han desarrollado un nuevo dispositivo único que utiliza el maravilloso material de grafeno que proporciona el primer paso hacia los biosensores ultrasensibles para detectar enfermedades a nivel molecular con una eficacia casi perfecta.
Para obtener más información, consulte el informe IDTechEx sobre grafeno, materiales 2D y nanotubos de carbono: mercados, tecnologías y oportunidades 2018-2028 . Los biosensores ultrasensibles para sondear estructuras de proteínas podrían mejorar enormemente la profundidad del diagnóstico para una amplia variedad de enfermedades que se extienden tanto a humanos como a animales.
Estos incluyen la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de pérdida crónica y la enfermedad de las vacas locas, trastornos relacionados con el plegamiento incorrecto de proteínas. Tales biosensores también podrían conducir a tecnologías mejoradas para el desarrollo de nuevos compuestos farmacéuticos. La investigación se publica en Nature Nanotechnology , una revista científica revisada por pares publicada por Nature Publishing Group.
«Para detectar y tratar muchas enfermedades, necesitamos detectar moléculas de proteínas en cantidades muy pequeñas y comprender su estructura», dijo Sang-Hyun Oh, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad de Minnesota e investigador principal del estudio.
«Actualmente, hay muchos desafíos técnicos con ese proceso. Esperamos que nuestro dispositivo con grafeno y un proceso de fabricación único proporcionen la investigación fundamental que puede ayudar a superar esos desafíos».
El grafeno, un material hecho de una sola capa de átomos de carbono, fue descubierto hace más de una década. Ha cautivado a los investigadores con su gama de propiedades asombrosas que han encontrado uso en muchas aplicaciones nuevas, incluida la creación de mejores sensores para detectar enfermedades.
Se han realizado importantes intentos para mejorar los biosensores utilizando grafeno, pero el desafío existe con su notable espesor de un solo átomo. Esto significa que no interactúa de manera eficiente con la luz cuando se brilla a través de ella. La absorción de luz y la conversión a campos eléctricos locales es esencial para detectar pequeñas cantidades de moléculas cuando se diagnostican enfermedades.
Investigaciones anteriores que utilizan nanoestructuras de grafeno similares solo han demostrado una tasa de absorción de luz inferior al 10 por ciento. En este nuevo estudio, los investigadores de la Universidad de Minnesota combinaron grafeno con cintas metálicas de oro de tamaño nanométrico.
Mediante el uso de cinta adhesiva y una técnica de nanofabricación de alta tecnología desarrollada en la Universidad de Minnesota, llamada «eliminación de plantillas», los investigadores pudieron crear una superficie de capa base ultra plana para el grafeno. Luego utilizaron la energía de la luz para generar un movimiento de electrones en el grafeno, llamados plasmones, que se pueden considerar como ondulaciones u ondas que se extienden a través de un «mar» de electrones.
De manera similar, estas ondas pueden aumentar la intensidad de las gigantescas «olas de marea» de los campos eléctricos locales basados en el ingenioso diseño de los investigadores. Al iluminar el dispositivo de capa de grafeno de un solo átomo de espesor, fueron capaces de crear una onda de plasmón con una eficiencia sin precedentes en una absorción de luz casi perfecta del 94 por ciento en «ondas de marea» del campo eléctrico. Cuando insertaron moléculas de proteína entre el grafeno y las cintas de metal, pudieron aprovechar suficiente energía para ver capas individuales de moléculas de proteína.
«Nuestras simulaciones por computadora mostraron que este novedoso enfoque funcionaría, pero aún nos sorprendió un poco cuando alcanzamos el 94 por ciento de absorción de luz en dispositivos reales», dijo Oh, quien es titular de la Cátedra Sanford P. Bordeau de Ingeniería Eléctrica en la Universidad de Minnesota. «Realizar un ideal a partir de una simulación por computadora tiene muchos desafíos. Todo tiene que ser de una calidad tan alta y atómicamente plana. El hecho de que podamos obtener un acuerdo tan bueno entre la teoría y el experimento fue bastante sorprendente y emocionante».
Via: https://www.printedelectronicsworld.com/articles/16769/new-graphene-based-device-first-step-toward-ultrasensitive-biosensors
