Fig. 1 Il modello N-Layer per il biosensore di risonanza plasmonica di superficie (SPR):prisma | Au (50 nm) | grafene (L 0,34 nm) | mezzo di rilevamento, dove L è il numero di strati di grafene, e z0 =100 nm è lo spessore dello strato di biomolecole.
L'aggiunta di alcuni strati di grafene al biosensore SPR convenzionale a film d'oro aumenterà notevolmente la sua sensibilità. La migliore sensibilità deriva dall'aumento dell'assorbimento delle biomolecole da parte dello strato di grafene e dalla modifica ottica dello strato di grafene all'SPR.
I biosensori a risonanza plasmonica di superficie (SPR) sono sensori ottici, che utilizzano le onde polaritoni plasmoniche di superficie per sondare le interazioni tra le biomolecole e la superficie del sensore. Nella configurazione convenzionale del biosensore SPR, una sottile pellicola metallica è rivestita su un lato del prisma, separare il mezzo di rilevamento e il prisma. Il film metallico è tipicamente costituito da metalli nobili, come oro e argento, che supportano la propagazione del polaritone plasmonico superficiale alle frequenze della luce visibile. Ma, l'oro è solitamente preferito perché ha una buona resistenza all'ossidazione e alla corrosione in diversi ambienti.
Però, le biomolecole si adsorbono male sull'oro. Questo inconveniente limita la sensibilità del biosensore SPR convenzionale.
Un modo interessante per migliorare la sensibilità del biosensore SPR è funzionalizzare il film d'oro con elementi di riconoscimento biomolecolare (BRE) al fine di migliorare l'adsorbimento delle biomolecole sulla superficie dell'oro.
Fig. 2 (a) Le curve di risonanza plasmonica di superficie per il biosensore convenzionale (L =0) (linee sottili nere) e il biosensore a grafene monostrato (L =1) (linee spesse blu) per la luce laser He-Ne (λ0 =633 nm):prisma (1.723) | Au (50 nm, 0,1726 + io 3,4218) | grafene (L × 0,34 nm, 3 + io 1.149106) | acqua (1.33) prima (linee tratteggiate) e dopo (linee continue) l'adsorbimento di biomolecole, assumendo la stessa variazione dell'indice di rifrazione ∆n =0.005. (b) Il miglioramento della sensibilità ∆SRIL/SRI0 in funzione del numero di strati di grafene L.
Qui, proponiamo di utilizzare il grafene come BRE, dove un foglio di grafene è rivestito sulla superficie dell'oro nella configurazione convenzionale del biosensore SPR. Il grafene-on-Au (111) è stato proposto e fabbricato di recente, che ha dimostrato di adsorbire stabilmente biomolecole con strutture ad anello a base di carbonio (ad esempio ssDNA).
Questa proprietà speciale del grafene consente una maggiore variazione dell'indice di rifrazione vicino al grafene | interfaccia del mezzo di rilevamento rispetto a quella del biosensore SPR convenzionale. Inoltre, il rivestimento della superficie dell'oro con grafene modificherà anche la costante di propagazione del polaritone plasmonico di superficie (SPP); modificando così la sensibilità alla variazione dell'indice di rifrazione.
