I USA., mer än 100 matåterkallelser utfärdades 2017 på grund av förorening från skadliga bakterier som t.ex. Listeria , Salmonella eller E coli . En ny sensordesign kan en dag göra det lättare att upptäcka patogener i livsmedel innan produkterna hamnar i stormarknadens hyllor, vilket förhindrar ibland dödliga sjukdomar från förorenad mat.

I journalen Expressmaterial Express , forskare rapporterar en ny design för en sensor som samtidigt kan upptäcka flera ämnen, inklusive farliga bakterier och andra patogener. Förutom livsmedelssäkerhet, den nya designen kan förbättra upptäckten av gaser och kemikalier för en mängd andra applikationer.

"Vår design är baserad på grafenark, som är tvådimensionella kolkristaller bara en atom tjock, "sade forskargruppmedlemmen Bing-Gang Xiao, från China Jiliang University. "Sensorn är inte bara mycket känslig utan kan också enkelt justeras för att upptäcka olika ämnen."

Avkänning med grafen

De utmärkta optiska och elektroniska egenskaperna hos grafen gör det attraktivt för sensorer som använder elektromagnetiska vågor som kallas plasmoner som sprider sig längs ytan av ett ledande material som svar på ljusexponering. Ett ämne kan detekteras genom att mäta hur brytningsindexet för sensorn förändras när ett ämne av intresse är nära grafenens yta.

Forskare har utnyttjat grafens unika egenskaper för att skapa sensorer och material för en rad applikationer under de senaste åren. Jämfört med metaller som guld och silver, grafen uppvisar starkare plasmonvågor med längre utbredningsavstånd. Dessutom, våglängden vid vilken grafen reagerar kan ändras genom att applicera en polarisationsspänning istället för att återskapa hela enheten. Dock, få tidigare forskningsinsatser har visat känsliga grafensensorer som arbetar med de infraröda våglängder som är nödvändiga för att upptäcka bakterier och biomolekyler.

För den nya sensorn, forskarna använde teoretiska beräkningar och simuleringar för att utforma en uppsättning nanoskala grafendiskar som var och en innehåller ett hål utanför centrum. Sensorn innehåller jongel- och kiselskikt som kan användas för att applicera en spänning för att ställa in grafens egenskaper för detektering av olika ämnen.

Interaktionen mellan skivorna och deras hål skapar det som kallas plasmonhybridiseringseffekten, vilket ökar enhetens känslighet. Hålet och skivan skapar också olika våglängdstoppar som var och en kan användas för att detektera förekomsten av olika ämnen samtidigt.

Simuleringar utförda av forskarna med mitten av infraröda våglängder visade att deras nya sensorplattform skulle vara mer känslig för ämnen som finns i gaser, vätskor eller fasta ämnen än att använda skivor utan hål.

Forskarna arbetar nu med att förbättra processen som skulle användas för att göra en rad nanoskala -skivor. Noggrannheten med vilken dessa strukturer tillverkas kommer att påverka sensorns prestanda kraftigt.

"Vi vill också undersöka om grafenplasmonhybridiseringseffekten kan användas för att underlätta utformningen av dubbelbandiga mitten av infraröda optiska kommunikationsenheter, "sa Xiao.