گیر انداختن زیست مولکولها با پنس گرافنی

محققان دانشگاه مینه‌سوتا با استفاده از گرافن موفق به ساخت یک نانوپنس شدند که می‌تواند بیومولکول‌های فردی را بگیرد.

به گزارش ایسنا و به نقل از ساینس، محققان دانشگاه کالج علوم و مهندسی دانشگاه مینه‌سوتا "پنس‌های الکترونیکی کوچک" بر پایه گرافن ایجاد کرده‌اند که می‌توانند بیومولکول‌های شناور در آب را با کارایی فوق‌العاده‌ای جذب کنند.

با توجه به گفته‌های تیم تحقیقاتی، این کار می‌تواند منجر به یک سیستم تشخیص بیماری انقلابی شود که می‌تواند بر روی گوشی هوشمند اجرا شود.

پنس‌های گرافن در مقایسه با سایر روش‌های استفاده شده در گذشته، به دلیل ماهیت بسیار نازک گرافن، در گرفتن ذرات بسیار موثر هستند.

اصل فیزیکی گرفتن و یا به دام انداختن ذرات در مقیاس نانومتر، که به نام "دی‌الکتروفوریس"( dielectrophoresis) شناخته می‌شود، مدت‌هاست شناخته شده است و معمولا با استفاده از یک جفت الکترودهای فلزی عمل می‌کند.

با این وجود، از نظر جذب مولکول‌ها، الکترودهای فلزی بسیار کند هستند. آنها به سادگی "تیزی" لازم برای گرفتن و کنترل ذرات در مقیاس نانومتری را ندارند.

سرپرست تیم تحقیقاتی می‌گوید: گرافن باریک‌ترین ماده‌ای است که تا به حال کشف شده است و همین ویژگی است که ما را قادر می‌سازد این نانوپنس‌ها را بسیار کارآمد بسازیم. برای ساختن این نانوپنس‌ها از هیچ ماده دیگری نمی‌توان استفاده کرد.

وی افزود: برای ساخت پنس‌های الکترونیکی کارآمد برای گرفتن زیست‌مولکول‌ها(بیومولکول‌ها)، اساسا ما نیاز به ایجاد میله‌های برقی کوچک‌شده و متمرکز کردن مقدار زیادی از شار الکتریکی بر روی نوک تیز آن داریم. این لبه‌های گرافنی تیزترین میله‌های برقی هستند.

تیم تحقیقاتی همچنین نشان داده است که نانوپنس‌های گرافنی می‌توانند با به دام انداختن نانوکریستال‌های نیمه هادی، ذرات نانوالماسی و حتی مولکول‌های DNA در طیف وسیعی از برنامه‌های فیزیکی و بیولوژیکی مورد استفاده قرار بگیرند.

به طور معمول این نوع به دام انداختن به ولتاژهای بالا نیاز دارد و آن را محدود به محیط آزمایشگاهی می‌کند. اما نانوپنس‌های گرافنی می‌توانند مولکول‌های کوچک DNA را با حدود 1 ولت گیر بیاندازند، به این معنی که این فناوری می‌تواند بر روی دستگاه‌های قابل حمل مانند تلفن‌های همراه کار کند.

این گروه نانوپنس‌های گرافنی را با ایجاد یک ساختار ساندویچی ساخت. جایی که یک ماده عایق‌بندی نازک، هافنیوم دی‌اکسید را بین الکترود فلزی در یک طرف و گرافن در طرف دیگر قرار می‌دهد.

هافنیوم دی‌اکسید ماده‌ای است که معمولا در میکروتراشه‌های پیشرفته امروزی استفاده می‌شود.

تیم تحقیقاتی گفت: یکی از چیزهای مهم در مورد گرافن این است که با ابزارهای پردازش استاندارد در صنعت نیمه هادی سازگار است و این امر باعث می‌شود که این موضوع، تجاری‌سازی این دستگاه‌ها را در آینده به مراتب راحت‌تر می‌کند.

یکی دیگر از جنبه‌های هیجان‌انگیز این فناوری این است که نانوپنس‌های گرافنی را از دستگاه‌های مبتنی بر فلز جدا می‌کند.

به همین دلیل است که گرافن همچنین می‌تواند بیومولکول‌های گیر افتاده را لمس کند. به عبارت دیگر، نانوپنس‌ها را می‌توان بعنوان زیست‌حسگرهای با حساسیت بالا استفاده کرد که می‌توانند با استفاده از روش‌های الکترونیکی ساده نمایش داده شوند.

گرافن (Graphene) نام یکی از آلوتروپ‌های کربن، متشکل از لانه زنبوری SP2 است.

همچنین گرافین(Graphine) نام یکی ازآلوتروپ‌های کربن، متشکل از SP+SP2 هیبریدیزه شده است. البته گرافین و گرافن را نباید با هم اشتباه گرفت. اما خواص آنها آن قدر به هم مشابه هستند که به جای هم به کار می‌روند.