Dispositivo à base de grafeno para biossensores ultrassensíveis

Biossensores ultrassensíveis para sondar estruturas de proteínas podem melhorar muito a profundidade do diagnóstico para uma ampla variedade de doenças que se estendem a humanos e animais. Isso inclui a doença de Alzheimer, a doença debilitante crônica e a doença da vaca louca – distúrbios relacionados ao dobramento incorreto de proteínas. Esses biossensores também podem levar a tecnologias aprimoradas para o desenvolvimento de novos compostos farmacêuticos.

O grafeno, um material feito de uma única camada de átomos de carbono, foi descoberto há mais de uma década. Ele encantou os pesquisadores com sua variedade de propriedades incríveis que encontraram uso em muitas novas aplicações, incluindo a criação de melhores sensores para detectar doenças. Tentativas significativas foram feitas para melhorar os biossensores usando grafeno, mas o desafio existe com sua notável espessura de um único átomo. Isso significa que ele não interage eficientemente com a luz quando brilha através dela. A absorção de luz e a conversão em campos elétricos locais são essenciais para detectar pequenas quantidades de moléculas no diagnóstico de doenças. Pesquisas anteriores utilizando nanoestruturas de grafeno semelhantes demonstraram apenas uma taxa de absorção de luz inferior a 10%.

Pesquisadores combinaram grafeno com fitas de metal de tamanho nanométrico de ouro. Usando fita adesiva e uma técnica de nanofabricação chamada “template stripping”, eles conseguiram criar uma superfície de camada de base ultraplana para o grafeno. A energia da luz foi então usada para gerar um movimento sloshing de elétrons no grafeno, chamados plasmons, que são como ondulações ou ondas se espalhando por um mar de elétrons. Da mesma forma, essas ondas podem aumentar a intensidade de ondas gigantescas de campos elétricos locais.

Ao iluminar o dispositivo de camada de grafeno de um único átomo de espessura, uma onda de plasmon foi criada com eficiência sem precedentes em uma absorção de luz quase perfeita de 94% em ondas de maré de campo elétrico. Quando as moléculas de proteína foram inseridas entre as fitas de grafeno e metal, energia suficiente foi aproveitada para visualizar camadas únicas de moléculas de proteína.