Investigadores de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Minnesota han desarrollado un dispositivo nuevo único que utiliza el grafeno, material maravilloso, que proporciona el primer paso hacia biosensores ultrasensibles para detectar enfermedades a nivel molecular con una eficiencia casi perfecta.

Los biosensores ultrasensibles para sondear estructuras de proteínas podrían mejorar en gran medida la profundidad del diagnóstico para una amplia variedad de enfermedades que se extienden tanto a humanos como a animales. Estos incluyen la enfermedad de Alzheimer, Enfermedad degenerativa crónica, y enfermedad de las vacas locas:trastornos relacionados con el plegamiento incorrecto de las proteínas. Dichos biosensores también podrían conducir a tecnologías mejoradas para desarrollar nuevos compuestos farmacéuticos.

La investigación se publica en Nanotecnología de la naturaleza , una revista científica revisada por pares publicada por Nature Publishing Group.

"Para detectar y tratar muchas enfermedades, necesitamos detectar moléculas de proteínas en cantidades muy pequeñas y comprender su estructura". "dijo Sang-Hyun Oh, Profesor de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad de Minnesota e investigador principal del estudio. "En la actualidad, Hay muchos desafíos técnicos con ese proceso. Esperamos que nuestro dispositivo que utiliza grafeno y un proceso de fabricación único proporcione la investigación fundamental que puede ayudar a superar esos desafíos ".

Grafeno un material hecho de una sola capa de átomos de carbono, fue descubierto hace más de una década. Ha cautivado a los investigadores con su gama de propiedades asombrosas que han encontrado usos en muchas aplicaciones nuevas, incluida la creación de mejores sensores para detectar enfermedades.

Se han realizado intentos significativos para mejorar los biosensores utilizando grafeno, pero el desafío existe con su notable espesor de un solo átomo. Esto significa que no interactúa de manera eficiente con la luz cuando la atraviesa. La absorción de luz y la conversión a campos eléctricos locales es esencial para detectar pequeñas cantidades de moléculas al diagnosticar enfermedades. Investigaciones anteriores que utilizan nanoestructuras de grafeno similares solo han demostrado una tasa de absorción de luz de menos del 10 por ciento.

En este nuevo estudio, Los investigadores de la Universidad de Minnesota combinaron el grafeno con cintas de oro de tamaño nanométrico. Usando cinta adhesiva y una técnica de nanofabricación de alta tecnología desarrollada en la Universidad de Minnesota, llamado "eliminación de plantillas, "Los investigadores pudieron crear una superficie de capa base ultraplana para el grafeno.

Luego usaron la energía de la luz para generar un movimiento de electrones en el grafeno, llamados plasmones, que se puede pensar que son como ondas que se extienden a través de un "mar" de electrones. Similar, estas ondas pueden aumentar su intensidad a "maremotos" gigantes de campos eléctricos locales basados ​​en el ingenioso diseño de los investigadores.

Al iluminar el dispositivo de capa de grafeno de un solo átomo de espesor, fueron capaces de crear una onda de plasmón con una eficiencia sin precedentes con una absorción de luz casi perfecta del 94 por ciento en "maremotos" de campo eléctrico. Cuando insertaron moléculas de proteína entre el grafeno y las cintas de metal, pudieron aprovechar la energía suficiente para ver capas individuales de moléculas de proteínas.

"Nuestras simulaciones por computadora demostraron que este enfoque novedoso funcionaría, pero todavía nos sorprendió un poco cuando logramos el 94 por ciento de absorción de luz en dispositivos reales, "dijo Oh, quien tiene la Cátedra Sanford P. Bordeau en Ingeniería Eléctrica en la Universidad de Minnesota. "La realización de un ideal a partir de una simulación por computadora tiene tantos desafíos. Todo tiene que ser de tan alta calidad y atómicamente plano. El hecho de que pudiéramos obtener un acuerdo tan bueno entre la teoría y el experimento fue bastante sorprendente y emocionante".