Nowe badania prowadzone przez asystenta profesora Uniwersytetu Massachusetts Amherst, Jinglei Ping, pokonały poważne wyzwanie związane z izolowaniem i wykrywaniem cząsteczek w tym samym czasie i w tym samym miejscu w mikrourządzeniu. Praca, opublikowana niedawno w ACSNano, pokazuje istotny postęp w wykorzystaniu grafenu do elektrokinetycznego przetwarzania i analizy próbek biologicznych i może pozwolić na zmniejszenie rozmiarów urządzeń typu lab-on-a-chip i szybsze osiąganie wyników.

Proces wykrywania biomolekuł był dotychczas skomplikowany i czasochłonny. „Zazwyczaj najpierw musimy je wyizolować w złożonym medium w urządzeniu, a następnie przesłać do innego urządzenia lub innego miejsca w tym samym urządzeniu w celu wykrycia”, mówi Ping, który jest w Kolegium Inżynierii na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Przemysłowej i jest również związany z uniwersyteckim Instytutem Nauk o Życiu Stosowanym. „Teraz możemy je wyizolować i wykryć w tym samym miejscu w skali mikro w urządzeniu mikroprzepływowym w tym samym czasie — nikt wcześniej tego nie zademonstrował”.

Jego laboratorium osiągnęło ten postęp poprzez zastosowanie grafenu, siatki atomów węgla o grubości jednego atomu w kształcie plastra miodu, jako mikroelektrod w urządzeniu mikroprzepływowym.

„Stwierdziliśmy, że w porównaniu do typowych mikroelektrod z metali obojętnych, stabilność elektrolizy dla mikroelektrod grafenowych jest ponad 1000 razy lepsza, co czyni je idealnymi do wysokowydajnej analizy elektrokinetycznej” – mówi Ping.

Ponadto, dodaje Ping, ponieważ jednowarstwowy grafen jest przezroczysty, „opracowaliśmy trójwymiarową wielostrumieniową strategię mikroprzepływową, aby mikroskopowo wykrywać wyizolowane cząsteczki i kalibrować detekcję w tym samym czasie z kierunku normalnego do mikroelektrod grafenowych.”

Nowe podejście opracowane w pracy toruje drogę do tworzenia urządzeń typu lab-on-a-chip o maksymalnej wydajności czasowej i rozmiarowej, mówi Ping. Również podejście nie jest ograniczone do analizy biomolekuł i może być potencjalnie stosowane do oddzielania, wykrywania i stymulowania mikroorganizmów, takich jak komórki i bakterie.