Dispositif à base de graphène pour biocapteurs ultrasensibles

Des biocapteurs ultrasensibles pour sonder les structures protéiques pourraient considérablement améliorer la profondeur du diagnostic pour une grande variété de maladies s'étendant à la fois aux humains et aux animaux. Ceux-ci incluent la maladie d'Alzheimer, la maladie débilitante chronique et la maladie de la vache folle - des troubles liés au mauvais repliement des protéines. Ces biocapteurs pourraient également conduire à des technologies améliorées pour le développement de nouveaux composés pharmaceutiques.

Le graphène, un matériau constitué d'une seule couche d'atomes de carbone, a été découvert il y a plus d'une décennie. Il a fasciné les chercheurs avec sa gamme de propriétés étonnantes qui ont trouvé des utilisations dans de nombreuses nouvelles applications, notamment la création de meilleurs capteurs pour détecter les maladies. Des tentatives importantes ont été faites pour améliorer les biocapteurs utilisant du graphène, mais le défi existe avec sa remarquable épaisseur d'atome unique. Cela signifie qu'il n'interagit pas efficacement avec la lumière lorsqu'il est traversé. L'absorption de la lumière et sa conversion en champs électriques locaux sont essentielles pour détecter de petites quantités de molécules lors du diagnostic de maladies. Des recherches antérieures utilisant des nanostructures de graphène similaires n'ont démontré qu'un taux d'absorption de la lumière inférieur à 10 %.

Les chercheurs ont combiné le graphène avec des rubans métalliques d'or de taille nanométrique. En utilisant du ruban adhésif et une technique de nanofabrication appelée "décapage de modèle", ils ont pu créer une surface de couche de base ultra-plate pour le graphène. L'énergie de la lumière a ensuite été utilisée pour générer un mouvement de ballottement d'électrons dans le graphène, appelé plasmons, qui sont comme des ondulations ou des vagues se propageant à travers une mer d'électrons. De même, ces ondes peuvent s'intensifier pour devenir des raz-de-marée géants de champs électriques locaux.

En faisant briller la lumière sur le dispositif à couche de graphène d'un seul atome d'épaisseur, une onde de plasmon a été créée avec une efficacité sans précédent à une absorption de lumière presque parfaite de 94% dans les ondes de marée du champ électrique. Lorsque des molécules de protéines ont été insérées entre les rubans de graphène et de métal, suffisamment d'énergie a été exploitée pour visualiser des couches uniques de molécules de protéines.