Dispositivo basado en grafeno para biosensores ultrasensibles

Los biosensores ultrasensibles para sondear estructuras de proteínas podrían mejorar en gran medida la profundidad del diagnóstico de una amplia variedad de enfermedades que se extienden tanto a humanos como a animales. Estos incluyen la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de desgaste crónico y la enfermedad de las vacas locas, trastornos relacionados con el mal plegamiento de proteínas. Dichos biosensores también podrían conducir 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 sorprendentes propiedades 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 grosor de un solo átomo. Esto significa que no interactúa de manera eficiente con la luz cuando pasa a través de ella. La absorción de luz y la conversión a campos eléctricos locales son esenciales para detectar pequeñas cantidades de moléculas cuando se diagnostican enfermedades. Investigaciones anteriores que utilizaron nanoestructuras de grafeno similares solo demostraron una tasa de absorción de luz de menos del 10 por ciento.

Los investigadores han combinado grafeno con cintas metálicas de oro de tamaño nanométrico. Usando cinta adhesiva y una técnica de nanofabricación llamada "desprendimiento de plantillas", pudieron crear una superficie de capa base ultraplana para el grafeno. Luego, la energía de la luz se usó para generar un movimiento de chapoteo de electrones en el grafeno, llamados plasmones, que son como ondas que se propagan a través de un mar de electrones. De manera similar, estas ondas pueden acumularse en intensidad hasta convertirse en maremotos gigantes de campos eléctricos locales.

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