Графеновый ультрачувствительный биосенсор улучшает обнаружение белковых заболеваний

Ультрачувствительные биосензоры для зондирования белковых структур могли бы значительно улучшить глубину диагностики для широкого спектра заболеваний, распространяющихся как на людей, так и на животных. К ним относятся болезнь Альцгеймера, Хроническое болезнь истощения и безумие коров — расстройства, связанные с неправильным складыванием белков. Такие биосензоры также могли бы вести к улучшенным технологиям для разработки новых фармацевтических соединений.

Графен, материал, состоящий из одного слоя атомов углерода, был открыт более десятилетия назад. Он очаровал исследователей своим диапазоном удивительных свойств, нашедших применение во многих новых приложениях, включая создание лучших сенсоров для обнаружения болезней. Значительные попытки были сделаны для улучшения биосензоров с использованием графена, но проблема существует с его замечательной одноатомной толщиной. Это означает, что он не взаимодействует эффективно со светом, когда свет проходит через него. Поглощение света и преобразование в локальные электрические поля необходимо для обнаружения малых количеств молекул при диагностике болезней. Предыдущие исследования, использующие подобные графеновые наноструктуры, демонстрировали только скорость поглощения света менее 10 процентов.

Исследователи соединили графен с наноразмерными металлическими лентами золота. Используя липкую ленту и нанофабрикационную технику под названием «template stripping» (снятие шаблона), они смогли создать ультраплоский базовый слой поверхности для графена. Энергия света затем использовалась для генерации волнового движения электронов в графене, называемого плазмонами, которые похожи на рябь или волны, распространяющиеся через море электронов. Аналогично, эти волны могут нарастать в интенсивности до гигантских приливных волн локальных электрических полей.

Светя светом на устройство с одноатомным слоем графена, была создана плазмонная волна с беспрецедентной эффективностью при почти идеальном 94-процентном поглощении света в приливные волны электрического поля. Когда белковые молекулы были вставлены между графеном и металлическими лентами, достаточно энергии было собрано для визуализации одиночных слоёв белковых молекул.