Вертикальные графеновые пленки - новый класс биосенсоров

 


Графен- самое последнее открытие среди нано-форм углерода. На сегодня графен- самая актуальная тема исследований в физике конденсированных сред и материаловедении благодаря его недавно открытым совершенно исключительным электронным свойствам, в частности электрокаталитическим возможностям.

Графен сам по себе в природе не встречается и процесс его синтеза в больших количествах и обработки для использования в изделиях массового производства достаточно труден. Поэтому столь важно разработать технологию для надежного и массового производства графена для практического использования.

Исследователи из Университета Ольстера (University of Ulster), Великобритания – д-р П. Папаконстантину (Dr P.Papakonstantinou) и д-р Н. Шанг (Dr N. Shang) – предложили новую эффективную технологию выращивания графеновых пленок большой площади с ярко выраженными электрокаталитическими и биосенсорными свойствами. Для этого ученые, используя несколько усовершенствованный метод микроволного плазменного напыления, интегрировали на единой платформе большое количество вертикально расположенных кусочков (пленок) графена таким образом, чтобы эффективно использовать краевые участки пленок – плоскости, богатые дефектами. Благодаря использованию единой платформы, ученым удалось успешно показать быстрый трансфер электронов, исключительно высокие электрокаталитические свойства и чувствительность к биологическим компонентам.

Пионерские результаты опубликованы («Catalyst-Free Efficient Growth, Orientation and Biosensing Properties of Multilayer Graphene Nanoflake Films with Sharp Edge Planes».- Nai Gui Shang, Pagona Papakonstantinou, Martin McMullan, Ming Chu, Artemis Stamboulis, Alessandro Potenza, Sarnjeet S. Dhesi, and Helder Marchetto Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 1–9. DOI: 10.1002/adfm.200800951).

Допамин (ДА) – известный нейромедиатор (нейротрансмиттер), играющий очень большую роль в деятельности центральной нервной, гормональной и сердечно-сосудистой систем, а также деятельности почек человеческого организма. Изменения концентрации ДА тесно связаны с состоянием здоровья человека и поэтому их важно точно измерять.

При использовании традиционных электродов отклик на ДА часто оказывается искаженным из-за влияния присутствующих в растворе образца аскорбиновой кислоты или мочевой кислоты, что в результате приводит к пониженной чувствительности и избирательности и, соответственно, к искажениям истинных концентраций.

Многослойные пленки графена высокой чистоты, состоящие из хлопьев наноразмера, эффективно выращены на подложках из кремния (Si) без использования катализаторов. Графеновые пленки получены из чередующихся графитных хлопьев наноразмера, имеющих острые кромки шириной 2–3 нм и расположенных, в основном, вертикально. Графеновые электроды из пленки, полученной подобным методом, показывают четкие результаты по распознаванию допамина, аскорбиновой кислоты, мочевой кислоты, причем эти результаты намного лучше, чем с электродами из стеклоподобного углерода.

Предлагаемая графеновая платформа способна распознавать ДА с высокой точностью. Исключительные каталитические свойства и чувствительность электрода проявляются, в основном, благодаря уникальной электронной структуре графена, особым свойствам дефектов краевых участков кусочков графена и большой площади его поверхности.

В противоположность многоступенчатым технологиям производства других видов электродов, изготовление графеновой платформы представляет собой простой, одноступенчатый процесс химического вакуумного напыления. При этом, отсутствуют столь длительные операции детальной модификации или функциональной подгонки продукта, которые часто приводят к нестабильным или невоспроизводимым характеристикам.

Данные исследования дали представление о новом классе электродов, основанных на пленках/кусочках графена. Такие электроды имеют широкое поле возможных применений в электроаналитических приборах, биосенсорах, устройствах хранения и преобразования энергии и могут успешно конкурировать с подобными изделиями, изготовлеными из вертикально позиционированными углеродными нанотрубками.


Источник: NanoNewsNet