Muchas áreas de investigación fundamental están interesadas en el grafeno debido a sus características excepcionales. Está hecho de una capa de átomos de carbono, lo que lo hace ligero y resistente, y es un excelente conductor térmico y eléctrico. A pesar de su potencial aparentemente ilimitado,sin embargo, se han demostrado pocas aplicaciones hasta la fecha. Los científicos del Laboratorio de Sistemas Bionanofotónicos BIOS de EPFL junto con investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas ICFO, España ahora han agregado otra. Han aprovechado las propiedades ópticas y electrónicas únicas del grafeno para desarrollarun sensor de molécula altamente sensible reconfigurable. Los resultados se describen en un artículo que aparece en la última edición de la revista ciencia .
luz de enfoque para mejorar la detección
Los investigadores utilizaron el grafeno para mejorar un método conocido de detección de moléculas: espectroscopía de absorción infrarroja. En el método estándar, la luz se usa para excitar las moléculas, que vibran de manera diferente dependiendo de su naturaleza. Se puede comparar con una guitarracuerda, que produce diferentes sonidos dependiendo de su longitud. En virtud de esta vibración, las moléculas revelan su presencia e incluso su identidad. Esta "firma" se puede "leer" en la luz reflejada.
Sin embargo, este método no es efectivo para detectar moléculas de tamaño nanométrico. La longitud de onda del fotón infrarrojo dirigido a una molécula es de alrededor de 6 micras 6,000 nanómetros - 0,006 milímetros, mientras que el objetivo mide solo unos pocos nanómetros aproximadamente0.000001 mm. Es muy difícil detectar la vibración de una molécula tan pequeña en la luz reflejada.
Ahí es donde entra el grafeno. Si se le da la geometría correcta, el grafeno puede enfocar la luz en un punto preciso en su superficie y "escuchar" la vibración de una molécula nanométrica que está unida a ella ". Primero hacemos un patrónnanoestructuras en la superficie del grafeno bombardeándolo con haces de electrones y grabándolo con iones de oxígeno ", dijo Daniel Rodrigo, coautor de la publicación." Cuando llega la luz, los electrones en las nanoestructuras de grafeno comienzan a oscilar. Este fenómeno, conocido comoLa 'resonancia de plasmón de superficie localizada' sirve para concentrar la luz en pequeños puntos, que son comparables con las dimensiones de las moléculas objetivo. Entonces es posible detectar estructuras nanométricas ".
Reconfigurando el grafeno en tiempo real para ver la estructura de la molécula
Hay más que eso. Además de identificar la presencia de moléculas nanométricas, este proceso también puede revelar la naturaleza de los enlaces que conectan los átomos de los que está compuesta la molécula.
Cuando una molécula vibra, no emite un solo tipo de "sonido". Produce un rango completo de vibraciones, que son generadas por los enlaces que conectan los diferentes átomos. Volviendo al ejemplo de la guitarra: cada cuerda vibrade manera diferente y juntas forman un instrumento musical. Estos matices proporcionan información sobre la naturaleza de cada enlace y sobre la salud de toda la molécula ". Estas vibraciones actúan como una huella digital que nos permite identificar la molécula, como las proteínas, y pueden inclusodecir su estado de salud ", dijo Odeta Limaj, otro coautor de la publicación.
Para captar el sonido emitido por cada una de las cuerdas, debe ser posible identificar un rango completo de frecuencias. Y eso es algo que el grafeno puede hacer. Los investigadores "sintonizaron" el grafeno a diferentes frecuencias aplicandovoltaje, que no es posible con sensores de corriente. Hacer que los electrones de grafeno oscilen de diferentes maneras hace posible "leer" todas las vibraciones de la molécula en su superficie ". Probamos este método en proteínas que unimos al grafeno.nos da una imagen completa de la molécula ", dijo Hatice Altug.
Un gran paso más cerca del uso de grafeno para la detección de moléculas
El nuevo proceso basado en el grafeno representa un gran paso adelante para los investigadores, por varias razones. Primero, este método simple muestra que es posible realizar un análisis complejo utilizando un solo dispositivo, mientras que normalmente requiere muchos otros diferentes. Ytodo esto sin estresar o modificar la muestra biológica. En segundo lugar, muestra el increíble potencial del grafeno en el área de detección. "Hay muchas aplicaciones posibles", dijo Altug. "Nos centramos en las biomoléculas, pero el método también debería funcionar para los polímeros, ymuchas otras sustancias ", agregó.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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