科学者が噴霧可能なグラフェンバイオセンサーを開発

化学者たちは、グラフェン インクを使用した、低コストでスケーラブルなセンシング プラットフォームを設計しました。

科学者らは、市販のプリント基板（PCB）の上に薄膜として積層することで、さまざまな化学物質の検出に使用できる新しいグラフェンインクを開発した。

ジャーナルNanoscaleに掲載された論文の中で、インペリアルの研究者らは、この技術が医療や産業などに導入できる低コストのマルチセンサーアレイへの道を開く可能性があると述べている。

グラフェンは、単層のグラファイトで作られた 2D マテリアルです。 蜂の巣に似た炭素原子の六角形格子に配置されたグラフェンは、強力な電気的、光学的、機械的特性を備えています。

グラフェンインクを使用した最初の印刷グラフェン電界効果トランジスタは、2011 年に Felice Torrisi 博士のグループによって実証され、標準的な印刷トランジスタと比較して信じられないほど高い電子移動度を達成しました。

このような特性により、グラフェンはセンシング用途にとって魅力的になります。 グラフェンは 2D 材料であるため、曝露されるあらゆる気体や液体と相互作用できる表面積が大きく、特定の化学物質の検出に効果的に使用できます。

さらに、その独特の炭素ベースの化学特性により、さまざまな物質を感知するように変更することは比較的簡単です。

「受容体をグラフェンの表面に結合させることも、受容体を表面にくっつくのに十分近づけることもできますが、実際には結合しないのです」と、化学科の博士課程の学生であり、本書の共同主著者であるベンジ・フェネック・サレルノ氏は言う。ナノスケール紙。

「どちらの場合でも、これによりグラフェンに化学的選択性を加えることができます」と彼は言います。

帝国チームは、PCB にスプレーされたグラフェン インクを使用する技術が、水溶液の pH とナトリウム イオン濃度を正確に検出できることを実証しました。

将来の計画には、この技術を他の分析物に拡張することや、さまざまな表面にグラフェン インクを堆積することが含まれます。

研究者らは、グラフェンインクはこれまでにも製造されてきたが、高濃度のグラフェンフレークを使って商業的に合成し、そのインクを市販のPCB表面上に薄く安定した層として堆積させることは困難だったと述べている。

以前の課題は、インクが基材から剥がれる傾向があることでした。 つまり、堆積した表面が剥がれてしまうのです。

これにより、行われる測定に誤差の原因が生じ、化学センサーとしての精度が低下します。

化学科の上級講師で論文の責任著者であるフェリーチェ・トリシ博士も、研究者が高濃度のグラフェン分散液を作成するのは困難だったと述べている。

「これまで、これらのインクでは、単位体積あたりに得られるグラフェンの量が大きな未解決の課題でしたが、これは、たとえば金属ナノ粒子を含む他の市販インクと比較して非常に少ない傾向がありました」と彼は言います。

低濃度のインクをセンサー技術に適用しようとすると、複雑な問題が発生する可能性があります。 研究者らによると、十分なコーティングを得るために基板にインクを繰り返しスプレーしなければならないため、センサーの全体的な性能が低下する可能性があるという。

研究チームは、結合剤としてよく使用されるポリマーであるポリビニルプロロリドン (PVP) として知られる特別な安定剤を導入することで、両方の障害を克服しました。

PVP の添加により、インクが高濃度でも安定し、保存寿命が長くなりました。

安定化されたグラフェンインクは自己粘着性もあり、ラミネートせずに市販の PCB の表面に貼り付けることができました。 「グラフェン インクと PCB ボードの統合を可能にするのは簡単ではありません。強力な接着力を持つ適切な配合を見つけるのは困難です」と Torrisi 博士は言います。

「市販の PCB ボードにグラフェン インクを確実に堆積することで、市販製品への印刷グラフェン センサーの大規模統合が可能になります。」と彼は付け加えました。