افزایش حساسیت حسگرهای زیستی با استفاده از گرافن

[آریوبرزن 13988]

افزایش حساسیت حسگرهای زیستی با استفاده از گرافن

گروهی از محققان سنگاپوری دریافته‌اند که می‌توان با استفاده از گرافن حساسیت حسگرهای زیستی رزونانس پلاسمون سطحی (SPR) را افزایش داد. گرافن یک شبکه کربنی است که تنها یک اتم ضخامت دارد.

به گزارش سرویس علم و فن آوری پایگاه اطلاع رسانی صبا به نقل از نانو، اضافه کردن چند لایه گرافن به یک حسگر زیستی SPR (رزونانس پلاسمون سطحی) که از فیلم طلا ساخته شده است، حساسیت آن را به‌شدت افزایش می‌دهد. این افزایش حساسیت از جذب بالای مولکول‌های زیستی روی لایه‌های گرافن و همچنین تغییر اُپتیکی اعمال شده توسط لایه‌های گرافن روی SPR نشأت می‌گیرد.

مدل لایه N برای حسگر زیستی SPR: L تعداد لایه‌های گرافن و Z0 ضخامت لایه زیست‌مولکولی است که 100 نانومتر است.

حسگرهای رزونانس پلاسمون سطحی حسگرهای اُپتیکی هستند که از امواج پلاریتون پلاسمون سطحی برای تشخیص برهمکنش‌های میان مولکول‌های زیستی و سطح حسگر بهره می‌برند. در حسگرهای SPR معمول یک لایه فلزی روی یک سمت منشور نشانده شده و محیط حسگری را از منشور جدا می‌کند. لایه فلزی معمولاً از فلزات بی‌اثری همچون طلا و نقره ساخته می‌شود که می‌توانند موجب انتشار پلاریتون پلاسمون سطحی در فرکانس‌های مرئی نور شوند. اغلب طلا برای این کار استفاده می‌شود، زیرا مقاومت بالایی در برابر اکسید شدن و خوردگی در محیط‌های مختلف از خود نشان می‌دهد. با این حال جذب مولکول‌های زیستی روی طلا ضعیف است که این امر حساسیت حسگرهای زیستی SPR معمولی را محدود می‌کند.

 

یکی از راه‌های جذاب برای افزایش حساسیت این حسگرها، عامل‌دار کردن فیلم طلا با عناصر تشخیص زیست‌مولکولی (BRE) است تا بدین وسیله جذب مولکول‌های زیستی روی سطح طلا افزایش یابد.

 

حال محققان موسسه محاسبات با عملکرد بالا در سنگاپور پیشنهاد داده‌اند که از گرافن به‌عنوان BRE استفاده شود. نشان داده شده است که می‌توان گرافن را روی فیلم طلایی نشانده و جذب مولکول‌های زیستی را روی آن بهبود بخشید. جذب مولکول‌های زیستی روی گرافن به‌دلیل ساختار حلقه کربنی آن صورت می‌گیرد.

منحنی رزونانس پلاسمون سطحی برای زیست‌حسگر معمولی (L=0) (خطوط سیاه باریک) و زیست‌حسگر تک‌لایه گرافنی (خطوط آبی ضخیم)

این ویژگی خاص گرافن موجب می‌شود تغییر ضریب شکست در نزدیکی سطح این حسگر نسبت به سطح حسگرهای زیستی SPR معمولی بیشتر باشد. به‌علاوه، روکش‌دهی سطح طلا با گرافن، ثابت انتشار پلاریتون پلاسمون سطحی را تغییر داده و در نتیجه حساسیت تغییر ضریب شکست را تغییر می‌دهد.