En utilisant un laser pour graver des motifs dans une feuille de polymère, Les chercheurs de KAUST ont créé des électrodes en graphène qui agissent comme des biocapteurs efficaces.

Le graphène est une feuille de carbone, juste un atome d'épaisseur, c'est fort, flexible et hautement conducteur. Certaines molécules peuvent déclencher une réponse électrique lorsqu'elles interagissent avec le graphène, ce qui le rend potentiellement utile comme capteur électrochimique. Une façon d'améliorer sa sensibilité est de créer un grand surface accessible de graphène en l'enrobant à l'intérieur de matériaux poreux al tridimensionnels. Cependant, cela nécessite généralement des techniques de fabrication coûteuses ou implique des liants chimiques qui interfèrent avec la détection. Malgré ces étapes, les feuilles de graphène s'agrègent souvent, réduisant leur surface globale.

Le professeur de science et d'ingénierie des matériaux Husam Alshareef et ses collègues de l'Université ont développé une approche alternative utilisant une technique appelée traçage au laser. Cette technique chauffe localement des parties d'un polymère polyimide flexible à 2500 degrés Celsius ou plus pour former des motifs carbonisés de patchs sur la surface qui agissent comme des électrodes.

Ces taches noires mesurent environ 33 micromètres d'épaisseur, et leur nature très poreuse permet aux molécules de s'imprégner du matériau. A l'intérieur des patchs, les feuilles de graphène ont des bords exposés qui sont très efficaces pour échanger des électrons avec d'autres molécules. "Les électrodes à base de graphène avec plus de sites de plan de bord sont effectivement meilleures que celles qui reposent sur des sites de carbone ou de carbone-oxygène dans le plan du matériau, " a déclaré le post-doctorant du groupe d'Alshareef Pranati Nayak, qui a dirigé l'étude.

Les chercheurs ont ajouté des catalyseurs à nanoparticules de platine à l'une des électrodes pour accélérer les réactions électrochimiques avec d'autres molécules. Dans des expériences avec deux molécules d'essai différentes, cette électrode pourrait échanger des électrons des centaines de fois plus rapidement que d'autres électrodes à base de carbone et n'a montré aucune perte de performance sur 20 cycles de test.

L'équipe a utilisé cette électrode à base de graphène pour construire un capteur (voir image) pour trois molécules biologiquement importantes :l'acide ascorbique, dopamine et acide urique. Lorsque les molécules frappent la surface de l'électrode, ils libèrent des électrons, générant un courant proportionnel à leur concentration. Surtout, la réponse électrochimique de chaque molécule a été observée à une tension différente, ce qui signifie que l'appareil pourrait mesurer leurs concentrations simultanément et sans interférence.

L'électrode a détecté avec précision de très petites concentrations (micromolaires) des molécules, battant plusieurs électrodes rivales à la fois sur la sensibilité et les limites inférieures de détection. Les chercheurs espèrent maintenant ajouter des traces d'autres atomes, comme l'azote, au graphène pour améliorer ses performances de détection et pour augmenter les électrodes avec des aptamères, brins courts d'ADN, ARN ou peptides qui se lient à des molécules cibles spécifiques, pour créer de nouveaux biocapteurs.