En los EE.UU., En 2017 se emitieron más de 100 retiradas de alimentos debido a la contaminación por bacterias dañinas como Listeria , Salmonela o E. coli . Un nuevo diseño de sensor podría algún día facilitar la detección de patógenos en los alimentos antes de que los productos lleguen a los estantes de los supermercados. evitando así enfermedades a veces mortales por alimentos contaminados.

En el diario Materiales ópticos Express , Los investigadores informan sobre un nuevo diseño de un sensor que puede detectar simultáneamente múltiples sustancias, incluidas bacterias peligrosas y otros patógenos. Además de la seguridad alimentaria, el nuevo diseño podría mejorar la detección de gases y productos químicos para una amplia gama de otras aplicaciones.

"Nuestro diseño se basa en láminas de grafeno, que son cristales bidimensionales de carbono de solo un átomo de espesor, "dijo el miembro del equipo de investigación Bing-Gang Xiao, de la Universidad China Jiliang. "El sensor no solo es muy sensible, sino que también se puede ajustar fácilmente para detectar diferentes sustancias".

Detectando con grafeno

Las excelentes propiedades ópticas y electrónicas del grafeno lo hacen atractivo para los sensores que utilizan ondas electromagnéticas conocidas como plasmones que se propagan a lo largo de la superficie de un material conductor en respuesta a la exposición a la luz. Se puede detectar una sustancia midiendo cómo cambia el índice de refracción del sensor cuando una sustancia de interés está cerca de la superficie del grafeno.

Los investigadores han aprovechado las propiedades únicas del grafeno para crear sensores y materiales para una variedad de aplicaciones en los últimos años. Comparado con metales como el oro y la plata, el grafeno exhibe ondas de plasmón más fuertes con distancias de propagación más largas. Además, la longitud de onda a la que responde el grafeno se puede cambiar aplicando un voltaje de polarización en lugar de recrear todo el dispositivo. Sin embargo, pocos esfuerzos de investigación anteriores han demostrado sensores de grafeno sensibles que funcionan con las longitudes de onda infrarrojas necesarias para detectar bacterias y biomoléculas.

Para el nuevo sensor, Los investigadores utilizaron cálculos teóricos y simulaciones para diseñar una serie de discos de grafeno a nanoescala, cada uno de los cuales contiene un orificio descentrado. El sensor incluye capas de gel de iones y silicio que se pueden usar para aplicar un voltaje para ajustar las propiedades del grafeno para la detección de diversas sustancias.

La interacción entre los discos y sus orificios crea lo que se conoce como efecto de hibridación de plasmones, lo que aumenta la sensibilidad del dispositivo. El agujero y el disco también crean picos de longitudes de onda diferentes que pueden usarse para detectar la presencia de diferentes sustancias simultáneamente.

Las simulaciones realizadas por los investigadores utilizando longitudes de onda del infrarrojo medio mostraron que su nueva plataforma de sensores sería más sensible a las sustancias presentes en los gases. líquidos o sólidos que usar discos sin agujeros.

Los investigadores ahora están trabajando para mejorar el proceso que se utilizaría para hacer la matriz de discos a nanoescala. La precisión con la que se fabrican estas estructuras tendrá un gran impacto en el rendimiento del sensor.

"También queremos explorar si el efecto de hibridación de plasmón de grafeno podría utilizarse para ayudar al diseño de dispositivos de comunicación óptica de infrarrojo medio de doble banda". "dijo Xiao.