Grafen och relaterade material lovar framtiden för elektrokemiska sensorer – detektorer som mäter koncentrationen av syre, giftiga gaser, och andra ämnen – men många tillämpningar kräver större känslighet vid lägre detektionsintervall än forskare har kunnat uppnå.

En forskargrupp från Northwestern University och partners i Indien har nyligen utvecklat en ny metod för att förstärka signaler i grafenoxidbaserade elektrokemiska sensorer genom en process som kallas "magneto-elektrokemisk immunanalys." Fynden kan öppna upp en ny klass av teknologier med tillämpningar inom medicin, kemi, och ingenjörskonst.

Forskare från Northwesterns McCormick School of Engineering and Applied Science, Northwestern International Institute for Nanotechnology (IIN), Northwestern University Atomic and Nanoscale Characterization Experimental (NUANCE) Center, och Institutet för mikrobiell teknologi (IMTECH)-Indien, ett nationellt laboratorium i Indien, bidragit till forskningen.

Ett papper om arbetet, "Förbättra elektrokemisk detektion på grafenoxid-CNT nanostrukturerade elektroder med hjälp av Magneto-Nanobioprobes, " publicerades 19 november i Naturvetenskapliga rapporter .

Grafenbaserade nanokompositfilmer har nyligen använts som en effektiv avkänningsplattform för utveckling av elektrokemiska sensorer och biosensorer på grund av deras unika enkla ytmodifieringsegenskaper och höga laddningsrörlighet.

Forskarnas nya koncept kombinerar fördelarna med kolnanorör och reducerad grafenoxid tillsammans med elektrokemisk sprängning av magnetiska guldnanopartiklar till ett stort antal metalljoner.

Hög känslighet uppnåddes genom att exakt designa nanohybriden och korrelera de tillgängliga metalljonerna med analytkoncentrationen. Forskarna använde små magnetiska partiklar inkapslade i en inert beläggning av kiseldioxid för att göra kärna-skal nanostrukturer med gynnsamma magnetiska egenskaper hos metalliskt järn samtidigt som de förhindrade dem från oxidation eller betydande nedbrytning. De belades sedan med guld på grund av dess kemiska tröghet och biokompatibilitet.

Denna nya immundetekteringsplattform visar potential för snabb och känslig screening av miljöföroreningar eller toxiner i prover. Forskare rapporterade den ultrahöga känsligheten hos denna metod för en ny generation herbiciddiuron och dess analoger upp till sub-pikomolär koncentration i standardvattenprover. Processen visade sig också vara effektiv och kostnadseffektiv:tiotusentals screentryckta elektroder kan tillverkas ganska enkelt med låg kostnad för en sådan hybridanalys.