Матрицы графен / SiC для электрохимического определения группы крови

Матрицы графен / SiC для электрохимического определения группы крови

Аннотация. Мы обсуждаем кристаллы графена на SiC для определения группы крови. Для сенсорного применения химические вещества, подлежащие обнаружению, адсорбируются на поверхности графена и действуют как доноры или акцепторы электронов, что приводит к изменениям сопротивления графенового канала. В данной работе графеновые пленки формировались на подложках 4H-SiC путем термического разложения поверхности кремния (0001) в среде Ar при высокой температуре 1800–2000 o C. Функционализация графена осуществлялась ковалентным связыванием нитрофенильной группы. (C6H5NO2) с последующим его восстановлением до фениламиновой группы (C6H5NH2) с использованием процесса циклической вольтамперометрии. Наблюдалась четкая и быстрая реакция (текущее изменение) покрытых антителом графеновых / SiC-кристаллов, когда антиген крови совпадал с антителом. Никакого ответа не происходило, когда антитело на поверхности графена не соответствовало антигену крови. Эксперименты продемонстрировали, что функционализированная матрица графен-на-SiC способна определять кровь, открывая путь для производства биосенсоров для определения групп крови и для других приложений.

Ключевые слова: осаждение пленки графена, сублимация SiC, функционализация графена, биосенсор на основе графена.

1. ВВЕДЕНИЕ

Уникальные физико-химические свойства графена, связанные с наличием в нем высокомобильной электронной оболочки, обеспечивающей высокую электрическую проводимость, теоретически указывают на то, что любая молекула, способная действовать как донор или акцептор электронов, может при контакте с поверхностью графена приводить к изменению электрического сопротивления. Это свойство было использовано в сенсоре на основе графена для обнаружения молекул определенных газов, например оксида азота.

Однако готовый графен не обладает избирательной чувствительностью, он присоединяет различные биомолекулы и может служить биосенсором только после специальной обработки. Чтобы обеспечить чувствительность, функционализация графена обычно выполняется с использованием различных ковалентных и нековалентных подходов. Функционализация графена изменяет химию поверхности графена и создает на его поверхности ковалентные связи для присоединения специализированного иммунного белка - антитела. Для применения в биосенсоре антитело необходимо наносить на функционализированный графен. В процессе обнаружения молекулы белка химически присоединяются к антителам на поверхности графена.

Взаимодействие антиген-антитело (AG-AB) является фундаментальным для функционирования иммунной системы человека. Эти реакции лежат в основе многих иммунологических процессов и широко используются в лабораторной практике. Для ряда заболеваний выявление специфических антигенов и антител является основным диагностическим инструментом.

Реакции AG – AB перспективны для массового использования в формате иммунохроматографического анализа, который может проводиться в внелабораторных условиях, не требует оборудования и высококвалифицированного персонала и позволяет получить результат исследования через 10-15 дней. минут.

В данной работе мы исследовали возможность использования реакции AG – AB по отношению к пленкам графена, выращенным на полуизолирующих подложках SiC, для создания электрохимического анализатора (биосенсора), в котором акцепторами или донорами электронов являются белковые антигены и антитела, которые взаимодействуют с друг с другом.

Схема работы биосенсора, адаптированная для этой работы, представлена ​​на рис. 1. Реакция AG – AB вызывает мгновенное изменение сопротивления графенового канала (протекание тока), которое может быть зарегистрировано современной электронной аппаратурой. Графеновый ответ (изменение сопротивления) имеет место, только если антитело и антиген представляют собой согласованную пару. Эта особенность обеспечивает селективность биосенсоров на основе графена. Работоспособность функционализированных графеновых штампов проверяется на определение группы крови.