Grafeenista käytännöllisiä biosensoreita

Friedrich Schiller University of Jenan kemistit kehittävät grafeenipohjaista biosensoria, mikä tasoittaa tietä edistyneelle diagnostiikalle ilman kliinisten testien perinteisiä leimauksia ja vahvistuksia.

Grafeenipohjaiset kenttävaikutustransistorit voivat rekisteröidä pienimmätkin muutokset molekyylien elektronisissa ominaisuuksissa, kun ne ovat vuorovaikutuksessa grafeenin atomisesti ohuen kerroksen kanssa.

Materiaalin liiallinen herkkyys on kuitenkin toistaiseksi estänyt tämän idean käytännön toteutusta.

Saksan Jenan Friedrich Schiller -yliopiston tutkijat ovat nyt kehittäneet tavan voittaa tämä este.

Kuten muutkin biosensorit, grafeenipohjainen biosensori vaatii vastineilla funktionalisoidun pinnan, johon sitten vain tietyt molekyylit voivat kiinnittyä. Ongelma on, että kun grafeeni funktionalisoidaan suoraan, sen elektroniset ominaisuudet eivät ole enää käytettävissä."

Professori Andry Turchanin ja hänen tiiminsä ovat kuitenkin yhdessä teollisuuden, tutkimuksen ja lääketieteen kumppaneiden kanssa kehittäneet menetelmän grafeenin funktionalisoimiseksi ilman sivuvaikutuksia. "Olemme kiinnittäneet grafeeniin van der Waalsin sidoksilla ohuen eristävän molekyylihiilikalvoon joten sitä kautta ei enää vaikuteta grafeenin elektronisiin ominaisuuksiin."

Kun halutut vastineet kiinnittyvät välikerrokseen, ne välittävät sähkökentän grafeeniin, mikä muuttaa tämän materiaalin sähköisiä signaaleja vaikuttamatta sen materiaalisiin ominaisuuksiin.

Mittausperiaate on puhtaasti sähköinen – pelkästään sähkövirran muutokset osoittavat, onko etsittävät biomarkkerit löydetty. Siten tällainen biosensori voidaan helposti integroida jokapäiväiseen kliiniseen käytäntöön kätevän hoitopistelaitteen kanssa. "Se on luultavasti jopa mahdollista matkapuhelimillamme", Turchanin sanoo.

Hertfordshiren yliopiston tutkijoiden johtama tiedemiesryhmä on sen sijaan luonut erityisen nopean ja pienen "elektronisen nenän".

Koesarjassa tutkijat testasivat elektronista nenälaitettaan useiden ärsykkeiden lyhyillä pulsseilla. Verrattuna hiirten suorituskykyyn nopeasti vaihtuvien hajujen erottamisessa, elektroninen nenä ylitti ne.

Keskeinen osa haastetta on ollut lämpötilan hallinta. Anturin reaktio riippuu voimakkaasti lämmöstä, jota on vaikea hallita turbulentissa ympäristössä. Tutkijat ovat koonneet elektroniikkaa ja kehittäneet algoritmeja, jotka ohjaavat käyttölämpötilaa nopeasti.

Elektroniselle nenälle voi olla mahdollista monenlaisiasovelluksia. Pidämme robotiikan alaa erityisen lupaavana. Monet hajupohjaiset valvontaskenaariot voisivat hyötyä mobiilialustasta, kuten drooneista tai roboteista, toteavat tutkija yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheista aiemmin:

Anturointia solujen tasolla

E-nenälle ihmisen tasoinen hajuaisti