Los materiales gruesos de un solo átomo de dos dimensiones (o «2D») recientemente descubiertos continúan refinándose y caracterizando aún más, ayudando a encontrar nuevas formas de llevar la nanoelectrónica a campos de valor agregado cada vez más prácticos. Específicamente, el grafeno de lámina gruesa de un solo átomo, con sus ventajas de conductividad, fuerza y relación superficie-volumen, se presta para lo que hoy parecen aplicaciones futuristas en los campos de wearables, detección y biodetección, solo por mencionar algunos.
Pero cuando algunos de estos nanomateriales de capa atómica se combinan para funcionar juntos, los resultados pueden ser aún más impresionantes. Considere el nitruro de boro hexagonal o ‘hBN’, a veces denominado ‘grafeno blanco’ debido a su naturaleza altamente transparente. Como su nombre lo indica, a nivel atómico, este material reside en un patrón hexagonal con átomos alternos de boro y nitruro que crean el hexágono. Este patrón es ‘iselectrónico’ al grafeno y se alinea muy de cerca con la red hexagonal de carbono casi idéntica que forma la estructura del ‘cristal’ del grafeno. Esto significa que estos dos materiales son muy compatibles cuando se colocan juntos en capas, lo que proporciona ventajas en la fuerza de unión y hace que sean relativamente fáciles de trabajar cuando se combinan.
Por sí solo, hBN tiene algunas características muy interesantes; como se mencionó, es casi completamente transparente, absorbiendo muy poca luz visible. El material también es bastante fuerte, es un excelente conductor térmico pero un aislante eléctrico y también se ha demostrado que proporciona muchas ventajas a los materiales a los que se aplica. Por ejemplo, el hBN cuando se aplica a láminas acrílicas puede ayudar a que sean ignífugos y antimicrobianos. Esto significa que algún día podremos ver los interiores de los aviones y las paredes de la sala de cirugía cubiertas con capas de hBN para proporcionar características deseables para los ocupantes.
El campo de la biosensibilidad es una de las primeras áreas donde se aprovecha el grafeno de una sola capa por sus capacidades avanzadas de rendimiento. Los analizadores de sangre de mano basados en grafeno del tamaño de un teléfono inteligente que un médico podría usar en el campo para detectar en tiempo real las enfermedades que ya están disponibles. Empresas como Nanomedical Diagnostics han caracterizado enfermedades como la enfermedad de Lyme y el virus Zika con esta herramienta. La sensibilidad, la estabilidad y la pequeña escala del grafeno hacen posible este tipo de movilidad y retroalimentación instantánea. Los médicos ahora pueden llevar el análisis de sangre a destinos remotos y obtener información inmediata para el tratamiento de pacientes en áreas desoladas, a miles de kilómetros de la atención médica convencional.
Pero el rendimiento del grafeno en este caso de uso de biosensores se puede mejorar aún más cuando se combina con nuestro nuevo amigo hBN. El chip basado en silicio descrito anteriormente en el dispositivo de Diagnóstico Nanomédico tiene una capa de grafeno que realiza la detección de la sangre y la detección de enfermedades. El rendimiento de este sensor de grafeno en el silicio es muy alto, pero se puede hacer aún más alto cuando el grafeno se coloca en la parte superior de una capa de hBN, y luego en la parte superior del silicio. En este caso, el hBN realiza varias funciones importantes; planariza la capa de silicio subyacente, bloquea gran parte de la interferencia de óxido que sale del silicio y, finalmente, proporciona una adhesión mucho mejor al grafeno de lo que el silicio solo podría permitir.
Colocar grafeno encima de hBN cuando se construyen biosensores a base de silicio podría permitir avances como el uso de la transpiración de la piel en un estado de reposo para monitorear en tiempo real los niveles de glucosa y muchos otros aspectos de la salud, todo con un parche, un brazalete o una prenda debidamente equipada. Cuando este sensor lo recoja, esta información se puede almacenar o enviar en tiempo real a través de un teléfono inteligente del usuario a un profesional médico u otro centro de recopilación de datos para su posterior análisis.
La capacidad de detección del grafeno es bastante impresionante y solo ahora está comenzando a aprovecharse en los diseños avanzados de microdispositivos para el futuro, particularmente en aplicaciones de ciencias de la vida. Pero este rendimiento de detección de nivel atómico se puede mejorar aún más cuando la capa de grafeno se combina con ‘grafeno blanco’ o hBN. El potencial de esta combinación apenas comienza a apreciarse. Los productores y usuarios de grafeno que tienen la capacidad de caracterizar e implementar estos materiales juntos pueden proporcionar un valor único real a los fabricantes de dispositivos de detección y establecerán capacidades de rendimiento para permitir nuevos campos que aún no se han pensado.
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