Aux Etats-Unis., plus de 100 rappels d'aliments ont été émis en 2017 en raison de la contamination par des bactéries nocives telles que Listeria , Salmonelle ou E. coli . Une nouvelle conception de capteur pourrait un jour faciliter la détection des agents pathogènes dans les aliments avant que les produits n'atteignent les rayons des supermarchés, évitant ainsi des maladies parfois mortelles causées par des aliments contaminés.

Dans la revue Matériaux optiques Express , les chercheurs rapportent une nouvelle conception pour un capteur capable de détecter simultanément plusieurs substances, notamment des bactéries dangereuses et d'autres agents pathogènes. En plus de la sécurité alimentaire, la nouvelle conception pourrait améliorer la détection des gaz et des produits chimiques pour un large éventail d'autres applications.

"Notre conception est basée sur des feuilles de graphène, qui sont des cristaux bidimensionnels de carbone d'une épaisseur d'un atome seulement, " a déclaré Bing-Gang Xiao, membre de l'équipe de recherche, de l'Université de Chine Jiliang. "Le capteur est non seulement très sensible, mais peut également être facilement ajusté pour détecter différentes substances."

Détecter avec le graphène

Les excellentes propriétés optiques et électroniques du graphène le rendent attrayant pour les capteurs qui utilisent des ondes électromagnétiques appelées plasmons qui se propagent le long de la surface d'un matériau conducteur en réponse à une exposition à la lumière. Une substance peut être détectée en mesurant comment l'indice de réfraction du capteur change lorsqu'une substance d'intérêt est proche de la surface du graphène.

Ces dernières années, les chercheurs ont tiré parti des propriétés uniques du graphène pour créer des capteurs et des matériaux pour une gamme d'applications. Par rapport aux métaux comme l'or et l'argent, le graphène présente des ondes plasmoniques plus fortes avec des distances de propagation plus longues. En outre, la longueur d'onde à laquelle le graphène est réactif peut être modifiée en appliquant une tension de polarisation au lieu de recréer l'ensemble du dispositif. Cependant, peu d'efforts de recherche antérieurs ont démontré des capteurs de graphène sensibles qui fonctionnent avec les longueurs d'onde infrarouges nécessaires pour détecter les bactéries et les biomolécules.

Pour le nouveau capteur, les chercheurs ont utilisé des calculs théoriques et des simulations pour concevoir un ensemble de disques de graphène à l'échelle nanométrique qui contiennent chacun un trou décentré. Le capteur comprend des couches de gel ionique et de silicium qui peuvent être utilisées pour appliquer une tension afin de régler les propriétés du graphène pour la détection de diverses substances.

L'interaction entre les disques et leurs trous crée ce que l'on appelle l'effet d'hybridation plasmon, ce qui augmente la sensibilité de l'appareil. Le trou et le disque créent également des pics de longueur d'onde différents qui peuvent chacun être utilisés pour détecter simultanément la présence de différentes substances.

Les simulations effectuées par les chercheurs utilisant des longueurs d'onde dans l'infrarouge moyen ont montré que leur nouvelle plate-forme de capteurs serait plus sensible aux substances présentes dans les gaz, liquides ou solides que d'utiliser des disques sans trous.

Les chercheurs travaillent maintenant à améliorer le processus qui serait utilisé pour fabriquer la matrice de disques nanométriques. La précision avec laquelle ces structures sont fabriquées aura un impact considérable sur les performances du capteur.

"Nous voulons également explorer si l'effet d'hybridation du graphène plasmon pourrait être utilisé pour aider à la conception de dispositifs de communication optique à infrarouge moyen à double bande, " dit Xiao.