Fig. 1 N-Layer-modellen för ytplasmonresonans (SPR) biosensor:prisma | Au (50 nm) | grafen (L 0,34 nm) | avkänningsmedium, där L är antalet grafenlager, och z0 =100 nm är tjockleken på biomolekylskiktet.
Att lägga till några grafenlager på den konventionella guldfilm SPR biosensorn kommer att öka dess känslighet dramatiskt. Den förbättrade känsligheten kommer från grafenlagrets ökade adsorption av biomolekyler och grafenlagrets optiska modifiering av SPR.
Ytplasmonresonans (SPR) biosensorer är optiska sensorer, som använder ytplasmonpolaritonvågor för att undersöka interaktionerna mellan biomolekyler och sensorytan. I den konventionella SPR-biosensorkonfigurationen, en tunn metallisk film är belagd på ena sidan av prismat, separerar avkänningsmediet och prismat. Den metalliska filmen är vanligtvis gjord av ädelmetaller, som guld och silver, som stödjer utbredningen av ytplasmonpolariton vid synliga ljusfrekvenser. Men, guld är vanligtvis att föredra eftersom det har god motståndskraft mot oxidation och korrosion i olika miljöer.
Dock, biomolekyler adsorberar dåligt på guld. Denna nackdel begränsar känsligheten hos den konventionella SPR-biosensorn.
Ett attraktivt sätt att förbättra känsligheten hos SPR biosensor är att funktionalisera guldfilmen med biomolekylära igenkänningselement (BRE) för att förbättra adsorptionen av biomolekyler på guldytan.
Fig. 2 (a) Ytplasmonresonanskurvorna för den konventionella biosensorn (L =0) (svarta tunna linjer) och den monolager grafenbiosensorn (L =1) (blå tjocka linjer) för He-Ne laserljus (λ0 =633) nm):prisma (1,723) | Au (50 nm, 0,1726 + i 3,4218) | grafen (L × 0,34 nm, 3 + i 1,149106) | vatten (1,33) före (streckade linjer) och efter (heldragna linjer) adsorptionen av biomolekyler, antar samma förändring av brytningsindex ∆n =0,005. (b) Känslighetsförbättringen ∆SRIL/SRI0 som funktion av antalet grafenlager L.
Här, vi föreslår att använda grafen som BRE, där ett ark grafen är belagt på guldytan i den konventionella SPR-biosensoruppsättningen. Graphene-on-Au (111) har föreslagits och tillverkats nyligen, som har visat sig stabilt adsorbera biomolekyler med kolbaserade ringstrukturer (t.ex. ssDNA).
Denna speciella egenskap hos grafen möjliggör en större förändring av brytningsindex nära grafen | avkänningsmediumgränssnitt än det för den konventionella SPR-biosensorn. Dessutom, beläggningen av guldytan med grafen kommer också att modifiera utbredningskonstanten för ytplasmonpolariton (SPP); därigenom ändra känsligheten för förändring av brytningsindex.
