基于铜和氧化石墨烯的生物传感器芯片

基于铜和氧化石墨烯的生物传感器芯片

来自莫斯科物理和技术研究所的俄罗斯研究人员开发了前所未有的灵敏度生物传感器芯片,这是基于铜,而不是传统使用的黄金。除了使设备有点便宜,这项创新将有利于制造过程。研究成果发表在《朗格缪尔杂志》上,该杂志以朗缪尔的名字命名,他是一位美国科学家,因为他在表面化学方面的发现和研究而获得了1932年度诺贝尔化学奖。

生物传感器芯片被制药公司用来开发药物。这些芯片对于研究分子相互作用的动力学也是必不可少的。此外,它们还可以作为各种化学分析仪的基础,用于寻找表明疾病的分子,检测食品或环境中的有害物质,包括化工厂的泄漏等。

从纳米光学和光子学和MIPT的二维材料中心等离子体实验室俄罗斯研究团队开发了一种传感芯片基于非常规材料:铜和氧化石墨烯。作为 结果,他们的设备达到了无与伦比的灵敏度,但它的配置都是标准的,因此兼容现有的商业化的生物传感器,例如,如Biacore,赖克特,bionavis,或电流式色温计。

“我们的工程解决方案是对开发基于光子和电子技术的生物传感器的一个重要步骤,说:” Valentyn Volkov,丹麦南部的大学教授,谁也负责在MIPT nanooptics和光子学实验室。“ 依靠标准的制造技术和铜与石墨烯氧化物&nbsp结合;-具有巨大潜力&nbsp材料;我们实现一个明确的效率高。这为生物传感器的开发开辟了新的途径。

光电和光子学中最常用的材料是金。几乎所有的商业生物传感芯片将金膜的纳米厚&nbsp几十;一纳米是十亿分之一米。黄金之所以无处不在,是因为它具有优良的光学性质,而且化学性质非常稳定。但即使黄金也不是完美的。一方面,它是昂贵的,特别是,高纯度黄金的成本是纯铜的25倍多。此外,黄金与制造微电子的工业过程不相容,这严重限制了它在设备大规模生产中的应用潜力。

不像黄金,铜没有这些缺陷。其光学性能与金的光学性能相当。铜在微电子中用作电导体。然而,它受到氧化或腐蚀,因此一直没有应用于生物芯片。现在,研究人员已经利用MIPT 10纳米介电层覆盖金属解决这个问题。在防止氧化的同时,改变了芯片的光学特性,使其更敏感。

为了进一步完善他们的生物传感器设计,作者在铜和介电薄膜上添加了一层石墨烯氧化物层,使其具有前所未有的灵敏度。这第三种材料最初是在1859由牛津大学教授Benjamin C. &nbsp氧化石墨得到;布罗迪 小,是英国著名的化学家。后来,氧化石墨烯的经历了一个复兴后发现石墨烯 -第一个已知的二维材料 由俄罗斯出生的曼彻斯特大学毕业生安德烈·海姆和Konstantin Novoselov物理学家和MIPT。石墨烯的研究为他们赢得了2010次诺贝尔物理学奖。氧化石墨烯可以被想象成石墨烯,一种一维的碳原子,被束缚在蜂窝状的排列中——含一些碳原子悬挂的含氧基团。这些组提供了设备表面和被分析的蛋白质分子之间的联系。在早先的研究中,作者使用氧化石墨烯来提高标准金基生物传感器的灵敏度。事实证明,这种材料对铜传感器也是有益的。

铜置换金开辟了发展紧凑型生物传感装置来实现在智能手机、移动设备、可穿戴设备、智能衣服,因为铜基片与传统的微电子工艺兼容。来自世界各地的科学家和像IBM和三星这样的电子工业巨头正在投入大量的精力,研制出像现在的纳米和微机电运动传感器——加速度计和陀螺仪那样可以安装在电子设备中的小型生物传感器。它很难高估生物传感器所产生的影响,也就是说,我们的设备将获得一种新的感觉器官。这不仅仅是一个比喻:大公司正在研究技术,使人工智能,智能小工具,和意义,将作为人脑和计算机之间的介质。一个 这些技术的结合能够产生真正的控制的。

基于铜和氧化石墨烯的生物传感器芯片
尤里stebunov,在纳米光学和光子学的二维材料中心等离子体实验室高级研究员,MIPT。信用:Evgeniy Pelevin / MIPT新闻办公室

众所周知,铜易受环境腐蚀性的影响。我们 表明保护介质薄膜只有几十纳米厚的不仅仅是防止氧化:在 某些情况下,他们增加了传感器的灵敏度,说:” Yury Stebunov,对graphenetek公司“我们&nbsp本文和联合创始人和首席执行官的主要作者;没有看到纯粹的基本面研究的最终目的地。我们的解决方案将在年底前提供给潜在客户。在这项研究中提出的技术可以用来创建微型传感器和神经接口,这就是我们现在正在做的工作。

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