Biosensor Ultra-Sensible Basado en Grafeno Mejora la Detección de Enfermedades por Proteínas

Biosensores ultra-sensibles para sondear estructuras de proteínas podrían mejorar enormemente la profundidad del diagnóstico para una amplia variedad de enfermedades que se extienden tanto a humanos como a animales. Estas incluyen la enfermedad de Alzheimer, la Enfermedad de Desperdicio Crónico y la enfermedad de las vacas locas —trastornos relacionados con el plegamiento incorrecto de proteínas. Tales biosensores también podrían llevar a tecnologías mejoradas para desarrollar nuevos compuestos farmacéuticos.

El 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, incluyendo la creación de mejores sensores para detectar enfermedades. Se han hecho intentos significativos para mejorar biosensores usando grafeno, pero el desafío existe con su notable espesor de un solo átomo. Esto significa que no interactúa eficientemente con la luz cuando se le hace brillar a través de él. La absorción de luz y conversión a campos eléctricos locales es esencial para detectar pequeñas cantidades de moléculas al diagnosticar enfermedades. Investigaciones previas utilizando nanoestructuras de grafeno similares solo han demostrado una tasa de absorción de luz de menos del 10 por ciento.

Los investigadores han combinado grafeno con nanocintas de metal de oro de tamaño nanométrico. Usando cinta adhesiva y una técnica de nanofabricación llamada “template stripping”, pudieron crear una superficie base ultra-plana para el grafeno. La energía de la luz se usó entonces para generar un movimiento de oscilación de electrones en el grafeno, llamado plasmones, que son como ondas o rizadas extendiéndose a través de un mar de electrones. De manera similar, estas ondas pueden aumentar en intensidad hasta convertirse en olas de marea gigantes de campos eléctricos locales.

Al iluminar el dispositivo de capa de grafeno de un solo átomo de espesor, se creó una onda de plasmon con eficiencia sin precedentes en una absorción de luz casi perfecta del 94 por ciento en olas de marea de campo eléctrico. Cuando se insertaron moléculas de proteína entre el grafeno y las nanocintas de metal, se aprovechó suficiente energía para ver capas individuales de moléculas de proteína.