Les chercheurs de Leiden et Jülich ont découvert une approche élégante et simple pour améliorer la sensibilité des biocapteurs au graphène. Ces « capteurs biochimiques électroniques au graphène de nouvelle génération » sont capables de détecter de très faibles quantités d'ADN du VIH grâce à leur très faible bruit électronique.

La richesse des propriétés électroniques du graphène a suscité un énorme intérêt pour la détection électrique d'espèces chimiques et biologiques à l'aide de ce matériau bidimensionnel. « Au cours des dernières années, nous nous sommes concentrés sur la récolte des propriétés physiques et chimiques uniques qu'offre le graphène pour le développement de dispositifs de capteurs électroniques polyvalents. La création de capteurs électroniques pratiques en graphène, cependant, dépend grandement de notre capacité à comprendre et à maintenir un faible niveau de bruit électronique. Et nous pensons que c'est la raison fondamentale qui limite la résolution du capteur, ", déclare Wangyang Fu. Fu est chercheur principal à l'Institut de chimie de Leiden et récipiendaire d'une subvention NWO Veni et d'une subvention APM de SNF.

Avec des collègues de l'Université de Leiden et du Centre de recherche de Jülich, Fu signale un capteur électronique de graphène à faible bruit en faisant fonctionner le capteur près de son point de neutralité, où le bruit électronique est minimisé. "Une telle minimisation du bruit électronique peut être obtenue avec une réponse de détection sans compromis, et améliore ainsi considérablement le rapport signal sur bruit - par rapport à celui d'un transistor au graphène à fonctionnement conventionnel pour la mesure de la conductance, ", explique Fu.

Dans leur papier, Fu et ses collègues livrent également une démonstration de validation de concept de l'utilisation de puces de graphène à faible bruit pour les applications de détection biochimique (voir photo). Dans ce cas, ils ont utilisé leur capteur pour détecter l'ADN du VIH. Ils ont sélectionné un fragment d'un gène du VIH impliqué dans la régulation de l'enchaînement du virus comme banc d'essai. Ce morceau d'ADN simple brin est lié à la surface du graphène. "Une molécule de PNA simple brin - une variante synthétique de l'ADN - est d'abord ancrée de manière non covalente sur la surface du graphène avec un groupe de liaison pyrène. Ensuite, un brin d'ADN complémentaire peut se lier. Nous pouvons détecter cet événement d'hybridation de manière très sensible à un très faible bruit niveau, ", ont déclaré les co-auteurs Lingyan Feng et Dirk Mayer.

Les co-auteurs Andreas Offenhӓusser et Hans-Joachim Krause résument :« Le développement de portable, et les capteurs de graphène fiables pour les applications au point de service sont à la frontière de l'électronique et des biocapteurs au graphène. Cela pourrait avoir un impact sociétal énorme pour le domaine plus large du diagnostic médical. »