Leidse en Jülich-onderzoekers ontdekten een elegante en eenvoudige aanpak om de gevoeligheid van grafeenbiosensoren te verbeteren. Deze zogenaamde 'next generation grafeen elektronische biochemische sensorapparaten' zijn in staat om zeer kleine hoeveelheden HIV-DNA te detecteren dankzij hun zeer lage elektronische ruis.

De rijkdom aan elektronische eigenschappen van grafeen heeft enorme belangstelling gewekt voor het elektrisch detecteren van chemische en biologische soorten met behulp van dit tweedimensionale materiaal. "Over de afgelopen jaren, we zijn gefocust op het oogsten van de unieke fysische en chemische eigenschappen die grafeen biedt voor de ontwikkeling van veelzijdige elektronische sensorapparaten. De creatie van praktische grafeen elektronische sensoren, echter, hangt sterk af van ons vermogen om een ​​laag niveau van elektronische ruis te begrijpen en te handhaven. En we zijn van mening dat dit de fundamentele reden is die de sensorresolutie beperkt, ", zegt Wangyang Fu. Fu is senior onderzoeker bij het Leids Instituut voor Chemie en ontvanger van een NWO Veni-subsidie ​​en een APM-subsidie ​​van SNF.

Met collega's van zowel de Universiteit Leiden als het Jülich Research Centre, Fu meldt een geluidsarme elektronische grafeensensor door de sensor in de buurt van zijn neutraliteitspunt te bedienen, waar de elektronische ruis wordt geminimaliseerd. "Een dergelijke minimalisering van de elektronische ruis kan worden bereikt met een compromisloze detectierespons, en dus de signaal-ruisverhouding aanzienlijk verbetert - vergeleken met die van een conventioneel bediende grafeentransistor voor geleidingsmeting, ' legt Fu uit.

In hun krant Fu en collega's leveren ook een proof-of-concept-demonstratie van het gebruik van geluidsarme grafeenchips voor biochemische detectietoepassingen (zie afbeelding). In dit geval, ze gebruikten hun sensor om HIV-DNA te detecteren. Ze selecteerden een fragment van een hiv-gen dat betrokken is bij het reguleren van virusstredding als testbed. Dit enkelstrengs stukje DNA is gebonden aan het grafeenoppervlak. "Een enkelstrengs PNA-molecuul - een synthetische variant van DNA - wordt eerst niet-covalent verankerd aan het grafeenoppervlak met een pyreenlinkergroep. Dan kan een complementaire DNA-streng binden. We kunnen deze hybridisatiegebeurtenis zeer gevoelig detecteren bij een zeer laag geluidsniveau peil, " zeiden co-auteurs Lingyan Feng en Dirk Mayer.

Co-auteurs Andreas Offenhӓusser en Hans-Joachim Krause vatten samen:"De ontwikkeling van geluidsarme, draagbaar, en betrouwbare grafeensensoren voor point-of-care-toepassingen lopen voorop op het gebied van grafeenelektronica en biosensoren. Dat zou een enorme maatschappelijke impact kunnen hebben voor het bredere veld van de medische diagnose."