Usando un láser para grabar patrones en una hoja de polímero, Los investigadores de KAUST han creado electrodos de grafeno que actúan como biosensores eficaces.

El grafeno es una hoja de carbono, solo un átomo de espesor, eso es fuerte, flexible y altamente conductivo. Ciertas moléculas pueden desencadenar una respuesta eléctrica cuando interactúan con el grafeno, haciéndolo potencialmente útil como sensor electroquímico. Una forma de mejorar su sensibilidad es crear un gran superficie accesible de grafeno recubriéndolo dentro de materiales porosos tridimensionales. Sin embargo, esto generalmente requiere técnicas de fabricación costosas o involucra aglutinantes químicos que interfieren con la detección. A pesar de estos pasos, las láminas de grafeno a menudo se agregan, reduciendo su superficie total.

El profesor de ciencia e ingeniería de materiales Husam Alshareef y sus colegas de la Universidad han desarrollado un enfoque alternativo utilizando una técnica llamada trazado por láser. Esta técnica calienta localmente partes de un polímero de poliimida flexible a 2500 grados Celsius o más para formar patrones carbonizados de parches en la superficie que actúan como electrodos.

Estos parches negros tienen aproximadamente 33 micrómetros de espesor, y su naturaleza altamente porosa permite que las moléculas penetren en el material. Dentro de los parches las láminas de grafeno tienen bordes expuestos que son muy efectivos para intercambiar electrones con otras moléculas. "Los electrodos basados ​​en grafeno con más sitios en el plano del borde son efectivamente mejores que los que se basan en sitios de carbono o carbono-oxígeno en el plano del material, "dijo el postdoctorado en el grupo de Alshareef Pranati Nayak, quien dirigió el estudio.

Los investigadores agregaron catalizadores de nanopartículas de platino a uno de los electrodos para acelerar las reacciones electroquímicas con otras moléculas. En experimentos con dos moléculas de prueba diferentes, este electrodo podría intercambiar electrones cientos de veces más rápido que otros electrodos a base de carbono y no mostró pérdida de rendimiento durante 20 ciclos de prueba.

El equipo utilizó este electrodo a base de grafeno para construir un sensor (ver imagen) para tres moléculas biológicamente importantes:ácido ascórbico, dopamina y ácido úrico. Cuando las moléculas golpean la superficie del electrodo, liberan electrones, generando una corriente proporcional a su concentración. Crucialmente, la respuesta electroquímica de cada molécula se observó a un voltaje diferente, lo que significa que el dispositivo podría medir sus concentraciones simultáneamente y sin interferencias.

El electrodo detectó con precisión concentraciones muy pequeñas (micromolares) de las moléculas, superando a varios electrodos rivales tanto en la sensibilidad como en los límites inferiores de detección. Los investigadores ahora esperan agregar rastros de otros átomos, como el nitrógeno, al grafeno para mejorar su rendimiento de detección y aumentar los electrodos con aptámeros, hebras cortas de ADN, ARN o péptidos que se unen a moléculas diana específicas, para crear nuevos biosensores.