과학자들이 분무 가능한 그래핀 바이오센서를 개발하다

화학자들은 그래핀 잉크를 사용하여 저렴하고 확장 가능한 감지 플랫폼을 설계했습니다.

과학자들이 상업적으로 이용 가능한 인쇄 회로 기판(PCB) 위에 얇은 필름으로 적층하여 다양한 화학 물질을 감지하는 데 사용할 수 있는 새로운 그래핀 잉크를 개발했습니다.

Nanoscale 저널에 게재된 논문에서 Imperial 연구진은 이 기술이 의료, 산업 등에 배포할 수 있는 저가형 다중 센서 어레이의 길을 열 수 있다고 말합니다.

그래핀은 단일 층의 흑연으로 만들어진 2D 소재입니다. 벌집 모양의 탄소 원자가 육각형 격자로 배열된 그래핀은 강력한 전기적, 광학적, 기계적 특성을 가지고 있습니다.

그래핀 잉크로 인쇄된 최초의 그래핀 전계 효과 트랜지스터는 2011년 Felice Torrisi 박사 그룹에 의해 시연되었으며, 표준 인쇄 트랜지스터에 비해 엄청나게 높은 전자 이동성을 달성했습니다.

이러한 특성은 그래핀을 감지 응용 분야에 매력적으로 만듭니다. 2D 소재이기 때문에 그래핀은 노출된 모든 가스나 액체와 상호 작용할 수 있는 넓은 표면적을 갖고 있어 특정 화학 물질을 감지하는 데 효과적으로 사용할 수 있습니다.

또한 독특한 탄소 기반 화학으로 인해 다양한 물질을 감지하도록 수정하는 것이 상대적으로 쉽습니다.

“수용체를 그래핀 표면에 결합시키거나 수용체를 표면에 달라붙을 만큼 가깝게 만들 수 있지만 실제로는 결합할 수는 없습니다.”라고 화학과 박사과정 학생이자 이번 논문의 공동 저자인 Benji Fenech Salerno는 말합니다. 나노스케일 종이.

두 경우 모두 그래핀에 화학적 선택성을 추가할 수 있다고 그는 말했습니다.

임페리얼 팀은 PCB에 분사된 그래핀 잉크를 사용하는 기술이 수용액의 pH와 나트륨 이온 농도를 정확하게 감지할 수 있음을 입증했습니다.

향후 계획에는 이 기술을 다른 분석물질로 확장하는 것뿐만 아니라 다양한 표면에 그래핀 잉크를 증착하는 것도 포함됩니다.

연구진은 그래핀 잉크가 이전에 생산되었지만 고농도의 그래핀 플레이크를 사용하여 상업적으로 합성하고 상업용 PCB 표면 위에 잉크를 얇고 안정적인 층으로 증착하는 것이 어려웠다고 말합니다.

이전의 문제는 잉크가 기판에 적층되는 경향이 있다는 것이었습니다. 즉, 증착된 표면이 벗겨지는 것입니다.

그러면 수행되는 모든 측정에 오류가 발생하여 화학 센서로서의 정확도가 저하됩니다.

화학과의 선임 강사이자 논문의 교신 저자인 Felice Torrisi 박사는 또한 연구자들이 그래핀의 고농도 분산액을 만드는 것이 어려웠다고 말했습니다.

"지금까지 이 잉크에는 단위 부피당 얻을 수 있는 그래핀의 양이 금속 나노입자와 같은 다른 상업용 잉크에 비해 매우 낮은 경향이 있다는 것이 큰 미해결 과제였습니다."라고 그는 말합니다.

저농도 잉크는 센서 기술에 적용할 때 문제를 일으킬 수 있습니다. 충분한 코팅을 얻기 위해 기판에 잉크를 반복적으로 분사해야 하면 센서의 전반적인 성능이 저하될 수 있다고 연구진은 말합니다.

팀은 바인더로 자주 사용되는 폴리머인 폴리비닐프롤리돈(PVP)이라는 특수 안정제를 도입하여 두 가지 장애물을 모두 극복했습니다.

PVP를 첨가하면 잉크가 더 높은 농도에서 안정적으로 유지되고 수명이 길어졌습니다.

안정화된 그래핀 잉크는 자체 접착력이 있어 라미네이팅 없이 시중에서 판매되는 PCB 표면에 달라붙을 수 있습니다. Torrisi 박사는 “그래핀 잉크와 PCB 보드의 통합을 가능하게 하는 것은 간단하지 않습니다. 강력한 접착력을 갖는 적절한 제제를 찾는 것이 어렵습니다.”라고 말했습니다.

"상업용 PCB 보드에 그래핀 잉크를 안정적으로 증착하면 상용 제품에 인쇄된 그래핀 센서를 대규모로 통합할 수 있게 됩니다."라고 그는 덧붙였습니다.