Pour la première fois, une équipe de scientifiques a réussi à mesurer et contrôler avec précision l'épaisseur d'un composé organique lié à une couche de graphène. Cela pourrait permettre à l'avenir d'utiliser le graphène comme détecteur sensible de molécules biologiques.

Le carbone pur se présente sous de nombreuses formes. Outre les configurations classiques trouvées dans les diamants, graphite, et du charbon, il existe d'autres cousins ​​exotiques plus jeunes tels que le graphène. Sa structure ressemble à un nid d'abeilles - un maillage hexagonal avec un atome de carbone à chaque coin - qui n'a qu'une seule couche atomique d'épaisseur. D'où, il est essentiellement bidimensionnel. Par conséquent, le graphène est extrêmement conducteur, complètement transparent, et assez résistant à la fois chimiquement et mécaniquement.

Le graphène n'est pas très sélectif

On sait depuis longtemps que le graphène est aussi fondamentalement adapté à la détection de traces de molécules organiques. En effet, la conductivité électrique du graphène chute dès que des molécules étrangères s'y fixent. Le problème, bien que, est que cela se produit avec presque toutes les molécules. Le graphène n'est pas très sélectif, ce qui rend très difficile la différenciation des molécules. Par conséquent, il ne peut pas être utilisé comme capteur.

Maintenant, supports de montage pour molécules de détection attachés

Aujourd'hui, une équipe de l'Institut HZB pour le photovoltaïque au silicium a trouvé un moyen d'augmenter la sélectivité. Ils ont réussi à activer électrochimiquement le graphène et à le préparer à accueillir des molécules qui agissent comme des sites de liaison sélectifs. Pour y parvenir, des groupes para-maléimidophényle d'une solution organique ont été greffés à la surface du graphène. Ces molécules organiques se comportent comme des supports de montage auxquels les molécules détectrices sélectives peuvent être fixées à l'étape suivante. « Grâce à ces molécules, le graphène peut maintenant être utilisé pour détecter diverses substances de la même manière qu'une clé s'adapte à une serrure", explique le Dr Marc Gluba. Les molécules « verrou » à la surface sont hautement sélectives et n'absorbent que les molécules « clés » correspondantes.

Grandes surfaces de graphène à HZB

D'autres groupes de recherche avaient également mené des expériences dans ce sens. Cependant, ils n'avaient à leur disposition que de minuscules flocons de graphène d'un diamètre de l'ordre du micron, de sorte que les effets de bord prédominaient. Pendant ce temps, les physiciens et les chimistes du HZB ont produit des surfaces de graphène de plusieurs centimètres carrés, de sorte que les effets de bord ne jouent pratiquement aucun rôle par rapport aux processus de surface. Puis, ils ont transféré la couche de graphène sur une microbalance à cristal de quartz. Toute augmentation de la masse modifie la fréquence oscillatoire du cristal de quartz que même de petites quantités jusqu'aux couches moléculaires individuelles peuvent être mesurées.

Détection et contrôle précis

"Pour la première fois, nous avons pu détecter avec précision et précision combien de molécules ont réellement été greffées à la surface du graphène", rapporte le chercheur junior Felix Rösicke, qui a étudié ce problème pour sa thèse de doctorat. "En outre, nous pouvons contrôler avec précision combien de molécules se lient au graphène en ajustant une tension appliquée", explique le Dr Jörg Rappich du HZB Institute for Silicon Photovoltaics, conseiller de Rösicke.

"Les espoirs que nous avons pour le graphène sont vraiment énormes", déclare le professeur Norbert Nickel, chef de l'équipe de recherche. Par exemple, une chose que vous pourriez imaginer serait un "laboratoire sur puce" vraiment peu coûteux - vous appliqueriez une seule goutte de sang et obtiendriez immédiatement des données pour des diagnostics médicaux importants.