In de VS, in 2017 werden meer dan 100 terugroepacties voor voedsel uitgevaardigd vanwege besmetting door schadelijke bacteriën zoals: Listeria , Salmonella of E coli . Een nieuw sensorontwerp zou het op een dag gemakkelijker kunnen maken om ziekteverwekkers in voedsel te detecteren voordat producten in de schappen van de supermarkt liggen. waardoor soms dodelijke ziekten door besmet voedsel worden voorkomen.

In het journaal Optische materialen Express , onderzoekers rapporteren een nieuw ontwerp voor een sensor die tegelijkertijd meerdere stoffen kan detecteren, waaronder gevaarlijke bacteriën en andere ziekteverwekkers. Naast voedselveiligheid, het nieuwe ontwerp zou de detectie van gassen en chemicaliën voor een groot aantal andere toepassingen kunnen verbeteren.

"Ons ontwerp is gebaseerd op grafeenplaten, die tweedimensionale kristallen van koolstof zijn van slechts één atoom dik, " zei onderzoeksteamlid Bing-Gang Xiao, van de Chinese Jiliang-universiteit. "De sensor is niet alleen zeer gevoelig, maar kan ook eenvoudig worden aangepast om verschillende stoffen te detecteren."

Waarnemen met grafeen

De uitstekende optische en elektronische eigenschappen van grafeen maken het aantrekkelijk voor sensoren die gebruikmaken van elektromagnetische golven die bekend staan ​​als plasmonen die zich voortplanten langs het oppervlak van een geleidend materiaal als reactie op blootstelling aan licht. Een stof kan worden gedetecteerd door te meten hoe de brekingsindex van de sensor verandert wanneer een van belang zijnde stof zich dicht bij het oppervlak van het grafeen bevindt.

Onderzoekers hebben de afgelopen jaren gebruik gemaakt van de unieke eigenschappen van grafeen om sensoren en materialen te maken voor een reeks toepassingen. In vergelijking met metalen zoals goud en zilver, grafeen vertoont sterkere plasmongolven met langere voortplantingsafstanden. In aanvulling, de golflengte waarop grafeen reageert, kan worden gewijzigd door een polarisatiespanning toe te passen in plaats van het hele apparaat opnieuw te creëren. Echter, weinig eerdere onderzoeksinspanningen hebben gevoelige grafeensensoren aangetoond die werken met de infrarode golflengten die nodig zijn om bacteriën en biomoleculen te detecteren.

Voor de nieuwe sensor de onderzoekers gebruikten theoretische berekeningen en simulaties om een ​​reeks grafeenschijven op nanoschaal te ontwerpen die elk een excentrisch gat bevatten. De sensor bevat ion-gel- en siliciumlagen die kunnen worden gebruikt om een ​​spanning aan te leggen om de eigenschappen van het grafeen af ​​te stemmen voor detectie van verschillende stoffen.

De interactie tussen de schijven en hun gaten creëert wat bekend staat als het plasmonhybridisatie-effect, wat de gevoeligheid van het apparaat verhoogt. Het gat en de schijf creëren ook verschillende golflengtepieken die elk kunnen worden gebruikt om de aanwezigheid van verschillende stoffen tegelijkertijd te detecteren.

Simulaties uitgevoerd door de onderzoekers met behulp van mid-infrarode golflengten toonden aan dat hun nieuwe sensorplatform gevoeliger zou zijn voor stoffen die aanwezig zijn in gassen, vloeistoffen of vaste stoffen dan het gebruik van schijven zonder gaten.

De onderzoekers werken nu aan het verbeteren van het proces dat zou worden gebruikt om de reeks schijven op nanoschaal te maken. De nauwkeurigheid waarmee deze structuren worden vervaardigd, heeft een grote invloed op de prestaties van de sensor.

"We willen ook onderzoeken of het grafeenplasmon-hybridisatie-effect kan worden gebruikt om het ontwerp van dual-band mid-infrarood optische communicatieapparaten te ondersteunen, ' zei Xiao.