В МФТИ разработали новые необычайно чувствительные биосенсоры. При этом вместо обычных для такого рода приборов дорогих компонентов, например золота, российские физики использовали более дешевые и технологичные материалы — медь и графен. Соответствующая статья опубликована в Langmuir.
Электрооптические биосенсоры на основе одиночной микросхемы используются ведущими фармацевтическими компаниями для разработки новых видов лекарств. Технически это микросхема, которая изменяет пропускание электронов в присутствии даже очень малых количеств какого-то определенного вещества. Такие чипы являются незаменимым химическими анализаторами, выявляющими опасные вещества в окружающей среде или продуктах питания, молекулы-маркеры рака и диабета, утечки в химической промышленности и так далее.
В лаборатории нанооптики и плазмоники Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ выбрали для создания своего биосенсора несколько необычные для такого устройства материалы — медь и оксид графена. Традиционно ключевой материал для таких устройств — золото. Чувствительный элемент практически всех коммерческих биосенсоров включает золотые пленки толщиной несколько десятков нанометров. Причина проста: золото химически стабильно и по нему легко перемещаются электроны. С другой стороны, оно в 25 раз дороже меди и сложно совместимо с типичными литографическими методами.
В теории медь мало чем хуже золота, но при этом гораздо дешевле, однако слишком быстро окисляется в тонких образцах. Чтобы обойти это узкое место, авторы новой работы нанесли на медную основу сенсора 10 нанометров диэлектрика, а тот, в свою очередь, накрыли еще более тонким слоем оксида графена. За счет этого чувствительность сенсора даже повысилась, а медь оказалась в защитной оболочке, не дающей ей окисляться.
Оксид графена впервые получен известным химиком, профессором Оксфордского университета Бенджамином Броди еще в 1859 году. Однако применение себе он нашел только после открытия выпускниками МФТИ Андреем Геймом и Константином Новоселовым первого двумерного материала — графена (Нобелевская премия 2010 года по физике). Оксид графена — это тот же графен, но с дополнительными оксидсодержащими функциональными группами. В новом биосенсоре они играют роль устойчивых неподвижных «якорей» для прикрепления анализируемых белковых молекул к поверхности пластины.
Использование меди вместо золота в биосенсорных устройствах открывает путь к созданию недорогих и компактных биосенсоров для мобильных гаджетов, носимой электроники и «умной» одежды.