Un equipo internacional de investigadores que trabaja en Penn State desarrolló un sensor químico altamente sensible basado en la espectroscopía Raman y que utiliza grafeno dopado con nitrógeno como sustrato. En este caso, el dopaje se refiere a la introducción de átomos de nitrógeno en la estructura de carbono del grafeno.Esta técnica puede detectar pequeñas cantidades de moléculas en una solución a concentraciones muy bajas, unas 10.000 veces más diluidas de lo que puede verse a simple vista.
La espectroscopía Raman es una técnica de identificación ampliamente adoptada que se utiliza en la química, la ciencia de los materiales y la industria farmacéutica para detectar las vibraciones internas únicas de varias moléculas. Cuando una luz láser irradia cristales o moléculas, dispersa y cambia los colores. Esa luz dispersa puede serdetectado en forma de espectro Raman, que sirve casi como una huella digital para cada sistema irradiado activo Raman.
"Básicamente, diferentes colores en el espectro visible estarán asociados a diferentes energías", dijo Mauricio Terrones, profesor de física, química y ciencias de los materiales en Penn State, quien dirigió la investigación. "Imagina que cada molécula tiene una emisión de color de luz particular", a veces amarillo, a veces verde. Ese color está asociado con una energía discreta ".
El equipo eligió tres tipos de moléculas de tinte fluorescente para sus experimentos. Los tintes fluorescentes, que se usan con frecuencia como marcadores en experimentos biológicos, son particularmente difíciles de detectar en la espectroscopía Raman porque la fluorescencia tiende a eliminar la señal. Sin embargo, cuando elel tinte se agrega al grafeno o al sustrato de grafeno dopado con N, la fotoluminiscencia fluorescencia se apaga.
Por sí solo, la señal Raman es tan débil que se han utilizado muchos métodos para mejorar la señal. Una técnica de mejora desarrollada recientemente utiliza grafeno prístino como sustrato, que puede mejorar la señal Raman en varios órdenes de magnitud. En un documentopublicado en línea hoy 22 de julio en la revista Avances científicos Terrones y sus colegas revelaron que agregar átomos de nitrógeno al grafeno prístino mejora aún más la sensibilidad y, lo que es más importante, dieron una explicación teórica de cómo el grafeno y el grafeno dopado con N causan el aumento.
"Al controlar el dopaje con nitrógeno podemos cambiar la brecha de energía del grafeno, y el cambio crea un efecto de resonancia que mejora significativamente los modos Raman vibracionales de la molécula", dijo el autor principal Simin Feng, un estudiante graduado en el grupo de Terrones.
"Esta es una investigación fundamental", dijo Ana Laura Elias, coautora e investigadora asociada en el laboratorio de Terrones. "Es difícil cuantificar la mejora porque será diferente para cada material y color de luz. Pero en algunos casos,vamos de cero a algo que podemos detectar por primera vez. Puede ver muchas características y estudiar mucha física. Para mí, el aspecto más importante de este trabajo es nuestra comprensión del fenómeno. Eso conducirá amejoras en la técnica "
Terrones agregó: "Llevamos a cabo un extenso trabajo teórico y experimental. Se nos ocurrió una explicación de por qué el grafeno dopado con nitrógeno funciona mucho mejor que el grafeno normal. Creo que es un gran avance, porque en nuestro artículo explicamos el mecanismo de detecciónciertas moléculas "
Debido a la inercia química y la biocompatibilidad del grafeno, el equipo espera que la nueva técnica sea efectiva para detectar pequeñas cantidades de moléculas orgánicas. Elias está entusiasmado con la posibilidad de combinar la técnica con los espectrómetros Raman portátiles disponibles que se pueden llevar a lugares remotospara detectar, por ejemplo, virus peligrosos. Los colorantes fluorescentes que estudiaron harán que sea más fácil y rápido ver la presencia de compuestos dentro de las células biológicas. Debido a que la técnica es simple, simplemente sumerja el sustrato de grafeno en una solución por una breve cantidad detiempo: debería ser factible crear una biblioteca completa del espectro Raman de moléculas específicas, dijo Terrones.
Investigadores de Brasil, China y Japón contribuyeron a este trabajo mientras visitaban el laboratorio Terrones en Penn State. El artículo se titula "Sensor molecular ultrasensible que usa grafeno dopado con N a través de dispersión Raman mejorada".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por Walt Mills. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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