De grafeenmicrochip waarmee biomoleculen zijn te vangen (afb: Nature)

Grafeen, een vorm vorm van koolstof, blijkt steeds veelbelovender te worden. Onderzoekers hebben uitgevonden dat dat wondermateriaal met behulp van elektronische ‘grijpers’ met grote precisie bepaalde moleculen uit het water kan vissen. Dat is handig voor, bijvoorbeeld, een klein diagnoseapparaat, zeg ter grootte van je telefoon.
Grafeen heeft een mooie toekomst en ook in de synthetische biologie liggen er mogelijkheden van dit tweedimensionele materiaal, dat het uiterlijk heeft van kippengaas. Enkele jaren geleden werden al voorstellen gedaan om grafeen te gebruiken voor het uitlezen van DNA door, onder meer, door Cees Dekker bij de TU Delft. Nu wordt voorgesteld om met dat materiaal afzonderlijke biomoleculen te laten vangen.
De techniek die daarbij gebruikt wordt is al oud: diëlektroforese. Daarbij wordt gebruik gemaakt van de verschillen in elektrische eigenschappen van moleculen, waarbij gebruik wordt gemaakt van metalen elektrodes. Dan komt grafeen in beeld. “Grafeen is het dunste materiaal dat we kennen (want slechts een atoomlaag dik;as) en dat stelt ons in staat zo nauwkeurig te werken”, zegt Sang-Hyun Oh van de universiteit van Minnesota. “Om efficiënte elektronische ‘grijpers’ te maken moeten we in feite miniatuur bliksemafleiders maken waarbij we veel energie concentreren in de scherpe punt.”
De onderzoekers toonden aan dat de grijpers konden worden gebruikt voor een breed scala een natuurkundige en biologische toepassingen; niet alleen biomoleculen (ook DNA), maar ook halfgeleiderkristalletjes en minuscule diamantjes. Normaal zouden daar hoge spanningen voor nodig zijn, maar de grafeengrijpers pakken DNA-moleculen in de kraag bij slechts 1 V. Dan komt een handzaam apparaatje in beeld.

Hafniumdioxide

De grijpers zijn gemaakt door isolator hafniumdioxide te sandwichen tussen grafeen en metaal (de twee elektrodes). “Een van de mooie dingen van grafeen is dat het verenigbaar is met bewerkingtechnieken in de halfgeleiderindustrie”, zegt medeonderzoeker Steven Koester. “Dat maakt het makkelijker dergelijke dingen te commercialiseren.”

Zo ver is het nog niet. Er moet nog wel wat werk gedaan worden om een goed werkende diagnosesteller te maken (of wat dan ook). Uiteindelijk is het de bedoeling dat het hele ‘apparaat’ zich laat vatten in een microchip.

Biosensors

Grafeen vangt niet alleen de biomoleculen, maar ‘voelt’ ook wat voor een vlees het in de kuip heeft. Het kan dus functioneren als biosensor. Oh: “Behalve grafeen kunnen we ook andere tweedimensionale materialen gebruiken om elektronische grijpers te maken met ongewone optische of elektronische eigenschappen. Dat kan grote gevolgen hebben voor de diagnostiek.”

Bron: Science Daily