超高感度バイオセンサー用のグラフェンベースのデバイス

タンパク質構造を調べるための超高感度バイオセンサーは、人間と動物の両方に及ぶ多種多様な疾患の診断の深さを大幅に改善する可能性があります。これらには、アルツハイマー病、慢性消耗病、狂牛病（タンパク質の誤った折り畳みに関連する障害）が含まれます。このようなバイオセンサーは、新しい医薬品化合物を開発するための技術の向上にもつながる可能性があります。

炭素原子の単層でできた材料であるグラフェンは、10年以上前に発見されました。それは、病気を検出するためのより良いセンサーの作成を含む、多くの新しいアプリケーションでの使用を発見したその驚くべき特性の範囲で研究者を魅了しました。グラフェンを使用してバイオセンサーを改善するための重要な試みがなされてきましたが、その驚くべき単一原子の厚さには課題があります。これは、光が当たったときに光と効率的に相互作用しないことを意味します。病気を診断する際に少量の分子を検出するには、光の吸収と局所電場への変換が不可欠です。同様のグラフェンナノ構造を利用した以前の研究では、10％未満の光吸収率しか実証されていません。

研究者たちは、グラフェンとナノサイズの金の金属リボンを組み合わせました。粘着テープと「テンプレートストリッピング」と呼ばれるナノファブリケーション技術を使用して、グラフェンの超平坦なベース層表面を作成することができました。次に、光のエネルギーを使用して、プラズモンと呼ばれるグラフェン内の電子のスロッシング運動を生成しました。これは、電子の海に広がる波紋や波のようなものです。同様に、これらの波は、局所的な電場の巨大な津波に強さを増す可能性があります。

単一原子の厚さのグラフェン層デバイスに光を当てることにより、プラズモン波が前例のない効率で生成され、電界の津波へのほぼ完全な94％の光吸収が得られました。グラフェンと金属リボンの間にタンパク質分子を挿入すると、タンパク質分子の単層を表示するのに十分なエネルギーが利用されました。

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