Por primera vez, un equipo de científicos ha logrado medir y controlar con precisión el espesor de un compuesto orgánico que se ha unido a una capa de grafeno. Esto podría permitir que el grafeno se utilice como detector sensible de moléculas biológicas en el futuro.

El carbono puro se presenta en muchas formas. Además de las configuraciones clásicas que se encuentran en los diamantes, grafito, y carbón, hay otros primos exóticos más jóvenes como el grafeno. Su estructura se asemeja a un panal, una malla hexagonal con un átomo de carbono en cada esquina, que tiene solo una capa atómica de espesor. Por eso, es esencialmente bidimensional. Como resultado, el grafeno es extremadamente conductor, completamente transparente, y bastante resiliente tanto química como mecánicamente.

El grafeno no es muy selectivo

Se sabe desde hace mucho tiempo que el grafeno también es fundamentalmente adecuado para detectar rastros de moléculas orgánicas. Esto se debe a que la conductividad eléctrica del grafeno cae tan pronto como las moléculas extrañas se unen a él. El problema, aunque, es que esto sucede con casi todas las moléculas. El grafeno no es muy selectivo, lo que dificulta la diferenciación de moléculas. Por lo tanto, no se puede utilizar como sensor.

Ahora, soportes de montaje para moléculas detectoras adjuntas

Ahora, un equipo del HZB Institute for Silicon Photovoltaics ha encontrado una manera de aumentar la selectividad. Tuvieron éxito en activar electroquímicamente el grafeno y prepararlo para albergar moléculas que actúan como sitios de unión selectivos. Para lograr esto, Se injertaron grupos para-maleimidofenilo de una solución orgánica en la superficie del grafeno. Estas moléculas orgánicas se comportan como soportes de montaje a los que se pueden unir las moléculas detectoras selectivas en el siguiente paso. "Gracias a estas moléculas, el grafeno ahora se puede utilizar para detectar diversas sustancias de forma similar a como se ajusta una llave a una cerradura ", explica el Dr. Marc Gluba. Las moléculas de "bloqueo" en la superficie son altamente selectivas y solo absorben las moléculas "clave" coincidentes.

Grandes superficies de grafeno en HZB

Otros grupos de investigación también habían realizado experimentos en este sentido. Sin embargo, solo tenían pequeñas escamas de grafeno con diámetros en las micras disponibles para ellos, de modo que predominaban los efectos de borde. Mientras tanto, Los físicos y químicos de HZB produjeron superficies de grafeno de varios centímetros cuadrados de tamaño, por lo que los efectos de borde apenas juegan ningún papel en comparación con los procesos de superficie. Luego, transfirieron la capa de grafeno a una microbalanza de cristal de cuarzo. Cualquier aumento en la masa altera la frecuencia de oscilación del cristal de cuarzo, por lo que se pueden medir incluso pequeñas cantidades hasta las capas moleculares individuales.

Detección y control precisos

"Por primera vez, pudimos detectar con precisión y precisión cuántas moléculas se injertaron realmente en la superficie del grafeno ", informa el investigador junior Felix Rösicke, quien investigó este problema para su tesis doctoral. "Además, podemos controlar con precisión cuántas moléculas se unen al grafeno ajustando un voltaje aplicado ", explica el Dr. Jörg Rappich del HZB Institute for Silicon Photovoltaics, Asesor de Rösicke.

"Las esperanzas que tenemos para el grafeno son realmente enormes", dice el profesor Norbert Nickel, jefe del equipo de investigación. Por ejemplo, Una cosa que podría imaginar sería un "laboratorio en un chip" realmente económico:se aplicaría una sola gota de sangre e inmediatamente obtendría datos para diagnósticos médicos importantes.