En stabil pH-gradient genereras mellan ett par förspända grafenmikroelektroder. Molekyler (röda partiklar) fokuseras i ett smalt band - fokuseringsplanet - mellan mikroelektroderna vid pH-gradientgenereringen. De fokuserade molekylerna detekteras med hög känslighet genom att förplacera specifika igenkännare (gröna partiklar) vid fokuseringsplanet. Kredit:UMass Amherst
Ny forskning ledd av University of Massachusetts Amherst biträdande professor Jinglei Ping har övervunnit en stor utmaning att isolera och detektera molekyler på samma gång och på samma plats i en mikroenhet. Verket, nyligen publicerat i ACS Nano, visar ett viktigt framsteg när det gäller att använda grafen för elektrokinetisk bioprovbehandling och analys, och kan tillåta lab-on-a-chip-enheter att bli mindre och uppnå resultat snabbare.
Processen att upptäcka biomolekyler har varit komplicerad och tidskrävande. "Vi måste vanligtvis först isolera dem i ett komplext medium i en enhet och sedan skicka dem till en annan enhet eller en annan plats i samma enhet för detektering", säger Ping, som är på College of Engineerings avdelning för mekanisk och industriell teknik och är också knuten till universitetets Institute of Applied Life Sciences. "Nu kan vi isolera dem och upptäcka dem på samma mikroskala i en mikrofluidisk enhet samtidigt - ingen har någonsin visat detta tidigare."
Hans labb uppnådde detta framsteg genom att använda grafen, ett enatoms tjockt bikakenät av kolatomer, som mikroelektroder i en mikrofluidisk enhet.
"Vi fann att jämfört med typiska inerta metallmikroelektroder är elektrolysstabiliteten för grafenmikroelektroder mer än 1 000 gånger förbättrad, vilket gör dem idealiska för högpresterande elektrokinetisk analys", säger han.
Dessutom tillade Ping, eftersom monolagergrafen är transparent, "utvecklade vi en tredimensionell multiströmsmikrofluidisk strategi för att mikroskopiskt detektera de isolerade molekylerna och kalibrera detektionen samtidigt från en riktning som är normal mot grafenmikroelektroderna."
Det nya tillvägagångssättet som utvecklats i arbetet banar väg för skapandet av lab-on-a-chip-enheter med maximal tids- och storlekseffektivitet, säger Ping. Metoden är inte begränsad till att analysera biomolekyler och kan potentiellt användas för att separera, detektera och stimulera mikroorganismer som celler och bakterier.
Medförfattare på tidningen, "Graphene-Enabled High-Performance Electrokinetic Focusing and Sensing," är Pings elever, Xiao Fan (första författare) och Xiaoyu Zhang. + Utforska vidare
