Graphen-Sensor findet Krankheitserreger
Verseuchte Lebensmittel lassen sich dank des Kohlenstoffmaterials deutlich leichter entdecken
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Bakterien-Sensor mit Plättchen aus Graphen (Grafik: Bing-Gang Xiao, cjlu.edu.cn) |
Hangzhou/Washington (pte017/06.12.2018/11:30) Ein neuer Sensor auf Graphen-Basis entdeckt Bakterien und andere Krankheitserreger leichter und zuverlässiger als bisher, wie Forscher der China Jiliang University http://english.cjlu.edu.cn in der in den USA erscheinenden Fachzeitschrift "Optical Materials Express" berichten. Graphen sind Folien aus bienenwabenförmig angeordneten Kohlenstoffatomen. Sie sind nur eine Atomlage dick.
Erzeugen von Plasmonen
Immer wieder werden Krankheitserreger wie Listerien, Salmonellen oder Escherichia coli in Lebensmitteln gefunden. Allein in den USA gab es 2017 mehr als 100 Rückrufaktionen. Hier soll der neue Sensor Abhilfe schaffen: "Unser Sensor ist nicht nur äußerst empfindlich, sondern auch in der Lage, mehrere Schadstoffe gleichzeitig zu detektieren", sagt Ingenieur Bing-Gang Xiao.
Die exzellenten optischen und elektronischen Eigenschaften von Graphen lassen sich nutzen, um elektromagnetische Wellen, Plasmonen genannt, auf ihrer Oberfläche durch Anregung mit Licht zu erzeugen. Diese Wellen werden gestört, wenn der Sensor in die Nähe von Substanzen gehalten wird, deren Identität von Interesse ist, etwa von Krankheitserregern. Im Prinzip funktioniert das auch mit Edelmetallen wie Gold und Silber. Doch die Plasmonen auf Graphen sind weitaus empfindlicher. Damit sind Sensoren auf dieser Basis empfindlicher.
Graphen-Scheiben mit Löchern
Das Design haben die Forscher per Computersimulation erarbeitet. Es entstand eine Ansammlung von Graphen-Scheiben, die je ein Loch aufweisen. Sie befinden sich auf einer siliziumbasierten Elektronik, die die Auswertung der Signale vornimmt, die der Sensor liefert. Die Löcher haben eine wichtige Funktion. Sie sorgen für den Plasmon-Hybridisierungseffekt, das ist praktisch eine Signalverstärkung, die die Empfindlichkeit des Sensors erhöht.
Je nach der Substanz, die detektiert werden soll, entstehen unterschiedliche Peaks, also spezielle Spannungsspitzen, die charakteristisch sind für den jeweiligen Erreger. Der Sensor lässt sich so auslegen, dass er auch Fremdstoffe in Gasen und Flüssigkeiten aufspürt, so dass er auch für die Umweltüberwachung taugt. "Wir wollen herausfinden, ob sich der Plasmon-Hybridisierungseffekt auf Graphen auch nutzen lässt, um die optische Datenübertragung im mittleren Infrarotbereich zu verbessern", so Xiao abschließend.
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