Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Auf dem Weg zu Biosensoren mit Graphen

24.06.2015

Erstmals ist es einem Team gelungen, nicht nur präzise zu messen, sondern sogar zu steuern, wie stark eine Graphenschicht eine organische Verbindung absorbiert. Dies könnte in Zukunft ermöglichen, Graphen als empfindlichen Sensor für Biomoleküle zu nutzen.

Reiner Kohlenstoff tritt in vielfältiger Gestalt auf: zu den klassischen Strukturen von Diamant, Graphit und Kohle sind in letzter Zeit auch exotischere Geschwister dazugekommen, zum Beispiel Graphen. Die Struktur ähnelt einer Bienenwabe, sie besteht aus sechseckigen Maschen, an deren Ecken stets ein Kohlenstoffatom sitzt und ist nur eine einzige Atomschicht dick, also quasi zweidimensional. Dabei ist Graphen extrem leitfähig, völlig transparent und mechanisch wie chemisch äußerst belastbar.


Die Zeichnung veranschaulicht wie Maleimid-Verbindungen an der Graphenoberfläche andocken.

Illustration: Marc A. Gluba/HZB

Graphen ist bislang nicht sehr wählerisch

Dass Graphen sich grundsätzlich auch als hochempfindlicher Sensor zum Nachweis organischer Moleküle eignet, ist schon länger bekannt. Denn sobald fremde Moleküle andocken, sinkt die elektrische Leitfähigkeit des Graphens. Das Problem ist nur: Das passiert bei fast jedem Molekül, Graphen ist also nicht sehr selektiv, so dass unterschiedliche Moleküle nicht zu unterscheiden sind. So ist es als Sensor nicht zu gebrauchen.

Jetzt: Halterungen für "Schloss-Moleküle" angebracht

Nun hat ein Team vom HZB-Institut für Silizium-Photovoltaik einen interessanten Weg beschritten, um die Selektivität zu erhöhen: Es gelang ihnen, Graphen elektrochemisch zu funktionalisieren und für die Aufnahme von Sonden-Molekülen vorzubereiten. Dafür wurden aus einer organischen Lösung über dem Graphen para-Maleimidophenyl-Gruppen auf die Graphen-Oberfläche aufgebracht. Diese organischen Moleküle funktionieren wie Halterungen, an die im nächsten Schritt die Sonden-Moleküle angebracht werden können. „Aufgrund dieser Moleküle kann das Graphen nun, ähnlich dem Schlüssel-Schloss-Prinzip, zur Detektion von verschiedensten Stoffen verwendet werden“ erklärt Dr. Marc Gluba. Die „Schloss“-Moleküle auf der Oberfläche sind hoch selektiv und nehmen ausschließlich die passenden „Schlüssel“-Moleküle auf.

Großflächige Graphenproben am HZB

Auch andere Forschungsgruppen hatten schon in dieser Richtung Versuche angestellt, allerdings standen ihnen nur winzig kleine Graphenflöckchen mit Durchmessern im Mikrometerbereich zur Verfügung, so dass von den Rändern ausgelöste Effekte dominierten. Am HZB haben Physiker und Chemiker dagegen Graphenflächen von mehreren Quadratzentimetern hergestellt, so dass Randeffekte im Vergleich zu den Prozessen in der Fläche kaum noch eine Rolle spielen. Die Graphenschicht brachten sie auf einer Quarzmikrowaage auf. Jede Massenzunahme verändert dabei die Schwingfrequenz des Quarzkristalls, wodurch kleinste Massen bis hin zu Einzelmoleküllagen messbar werden.

Präzise Messung und Steuerung

„Wir konnten damit erstmals präzise und quantitativ nachweisen, wie viele Moleküle tatsächlich auf der Oberfläche des Graphens aufgebracht wurden“, berichtet der Nachwuchsforscher Felix Rösicke, der diese Frage für seine Doktorarbeit untersucht hat. „Mit Hilfe einer angelegten Spannung können wir darüber hinaus genau steuern, wie viele Moleküle am Graphen andocken“, erklärt Dr. Jörg Rappich vom HZB-Institut für Silizium-Photovoltaik, der Rösicke betreut.

„Die Hoffnungen, die sich mit Graphen verbinden, sind wirklich fantastisch“, sagt Prof. Dr. Norbert Nickel, Leiter der Arbeitsgruppe. Als Vision könne man sich zum Beispiel ein wirklich preisgünstiges „Lab on a Chip“ vorstellen, in das man einen einzigen Blutstropfen gibt, und sofort Werte für medizinisch interessante Parameter etc. erhält.

Anmerkung: Felix Rösicke führt seine Doktorarbeit im Rahmen der School of Analytical Sciences Adlerhof (SALSA) an der Humboldt-Universität zu Berlin und am HZB durch.

Publikation:
Quantifying the electrochemical maleimidation of large area graphene
F. Rösicke, M.A. Glubaa, K. Hinrichs, Guoguang Sun, N.H. Nickel, J. Rappich
doi:10.1016/j.elecom.2015.05.010

Weitere Informationen:

Dr. Jörg Rappich
Institut für Silizium-Photovoltaik
Tel.: +49 (0)30-8062-41386
rappich@helmholtz-berlin.de

Felix Rösicke
Institut für Silizium-Photovoltaik
Tel.: +49 (0)30-8062-41388
felix.roesicke@helmholtz-berlin.de

Pressestelle
Dr. Antonia Rötger
Tel.: +49 (0)30-8062-43733
Fax: +49 (0)30-8062-42998
antonia.roetger@helmholtz-berlin.de

Weitere Informationen:

http://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=14235&sprache=de&ty...
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138824811500140X

Dr. Ina Helms | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie lassen sich unangenehme Gerüche vermeiden?
31.03.2020 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht Konservierung von Hodenzellen zum Erhalt gefährdeter Katzenarten
31.03.2020 | Forschungsverbund Berlin e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Corona-Pandemie: Medizinischer Vollgesichtsschutz aus dem 3D-Drucker

In Vorbereitung auf zu erwartende COVID-19-Patienten wappnet sich das Universitätsklinikum Augsburg mit der Beschaffung von persönlicher Schutzausrüstung für das medizinische Personal. Ein Vollgesichtsschutz entfaltet dabei in manchen Situationen eine bessere Schutzwirkung als eine einfache Schutzbrille, doch genau dieser ist im Moment schwer zu beschaffen. Abhilfe schafft eine Kooperation mit dem Institut für Materials Resource Management (MRM) der Universität Augsburg, das seine Kompetenz und Ausstattung im Bereich des 3D-Drucks einbringt, um diesen Engpass zu beheben.

Das Coronavirus SARS-CoV-2 wird nach heutigem Wissensstand maßgeblich durch Tröpfcheninfektion übertragen. Dabei sind neben Mund und Nase vor allem auch die...

Im Focus: Hannoveraner Physiker entwickelt neue Photonenquelle für abhörsichere Kommunikation

Ein internationales Team unter Beteiligung von Prof. Dr. Michael Kues vom Exzellenzcluster PhoenixD der Leibniz Universität Hannover hat eine neue Methode zur Erzeugung quantenverschränkter Photonen in einem zuvor nicht zugänglichen Spektralbereich des Lichts entwickelt. Die Entdeckung kann die Verschlüsselung von satellitengestützter Kommunikation künftig viel sicherer machen.

Ein 15-köpfiges Forscherteam aus Großbritannien, Deutschland und Japan hat eine neue Methode zur Erzeugung und zum Nachweis quantenverstärkter Photonen bei...

Im Focus: Physicist from Hannover Develops New Photon Source for Tap-proof Communication

An international team with the participation of Prof. Dr. Michael Kues from the Cluster of Excellence PhoenixD at Leibniz University Hannover has developed a new method for generating quantum-entangled photons in a spectral range of light that was previously inaccessible. The discovery can make the encryption of satellite-based communications much more secure in the future.

A 15-member research team from the UK, Germany and Japan has developed a new method for generating and detecting quantum-entangled photons at a wavelength of...

Im Focus: Nachwuchswissenschaftler der Universität Rostock erfinden einen Trichter für Lichtteilchen

Physiker der Arbeitsgruppe von Professor Alexander Szameit an der Universität Rostock ist es in Zusammenarbeit mit Kollegen von der Universität Würzburg gelungen, einen „Trichter für Licht“ zu entwickeln, der bisher nicht geahnte Möglichkeiten zur Entwicklung von hypersensiblen Sensoren und neuen Technologien in der Informations- und Kommunikationstechnologie eröffnet. Die Forschungsergebnisse wurden jüngst im renommierten Fachblatt Science veröffentlicht.

Der Rostocker Physikprofessor Alexander Szameit befasst sich seit seinem Studium mit den quantenoptischen Eigenschaften von Licht und seiner Wechselwirkung mit...

Im Focus: Junior scientists at the University of Rostock invent a funnel for light

Together with their colleagues from the University of Würzburg, physicists from the group of Professor Alexander Szameit at the University of Rostock have devised a “funnel” for photons. Their discovery was recently published in the renowned journal Science and holds great promise for novel ultra-sensitive detectors as well as innovative applications in telecommunications and information processing.

The quantum-optical properties of light and its interaction with matter has fascinated the Rostock professor Alexander Szameit since College.

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Europäischer Rheumatologenkongress EULAR 2020 wird zum Online-Kongress

30.03.2020 | Veranstaltungen

“4th Hybrid Materials and Structures 2020” findet web-basiert statt

26.03.2020 | Veranstaltungen

Wichtigste internationale Konferenz zu Learning Analytics findet statt – komplett online

23.03.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Architektur statt Antibiotika

31.03.2020 | Architektur Bauwesen

Thermopiles für berührungslose Temperaturmessung beim Menschen

31.03.2020 | Medizintechnik

Die Klügere gibt nach – Hochschule Bremen entwickelt biologisch inspirierte Tauchdrohne

31.03.2020 | Interdisziplinäre Forschung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics