Un equip internacional d'investigadors que treballen a Penn State (Universitat de Pennsylvania), han desenvolupat un sensor químic altament sensible basat en l'espectroscòpia de Raman i l'ús de grafè dopat amb nitrogen com a substrat.
En aquest cas, el dopatge es refereix a la introducció d'àtoms de nitrogen en l'estructura de carboni del grafè. Aquesta tècnica pot detectar petites quantitats de molècules en una solució a concentracions molt baixes, al voltant de 10.000 vegades més diluïda del que es pot veure per l'ull nu.
L'espectroscòpia de Raman, és una tècnica d'identificació adoptada àmpliament que s'utilitza en la química, la ciència dels materials i la indústria farmacèutica per detectar les vibracions internes úniques de diverses molècules. Quan una llum làser s'irradia en vidres o molècules, es dispersa en colors. Aquesta llum dispersada es pot detectar en forma d'un espectre de Raman, que serveix gairebé com una empremta digital per a cada sistema.
Bàsicament, diferents colors en l'espectre visible estan associats a diferents energies, és a dir, és com si cada molècula tingués una emissió de llum de color en particular, de vegades de color groc, de vegades verd. Aquest color s'associa amb una energia en concret.
L'equip va triar tres tipus de molècules de colorant fluorescent per als seus experiments. Els colorants fluorescents, que s'utilitzen freqüentment com a marcadors en experiments biològics, són particularment difícils de detectar en l'espectroscòpia de Raman, a causa de què la fluorescència tendeix a netejar el senyal. No obstant això, quan s'afegeix el colorant al substrat o grafè N-dopat, la fotoluminescència s'apaga.
Per si sol, el senyal de Raman és tan feble que molts mètodes utilitzats necessiten millorar el senyal. Una tècnica de millora recentment desenvolupada, utilitza el grafè primitiu com un substrat, que pot millorar el senyal de Raman en diversos ordres de magnitud. En un article publicat a la revista
Science Advances, el professor Terrones i els seus col·legues van mostrar que l'addició d'àtoms de nitrogen en el grafè original millora encara més la sensibilitat i, sobretot, van donar una explicació teòrica de com el grafè N-dopat produeix una millora.
Mitjançant el control de dopatge del nitrogen, es pot canviar l'escletxa d'energia del grafè, i aquest canvi crea un efecte de ressonància que millora significativament les formes de les vibracions de la molècula.
Es tracta del fonament de la investigació, però és difícil de quantificar la millora, ja que serà diferent per a cada material, segons el color de la llum. A causa de la inèrcia química del grafè i la biocompatibilitat, l'equip espera que la nova tècnica sigui eficaç en la detecció de traces de molècules orgàniques. Hi ha optimisme amb la possibilitat de combinar la tècnica amb espectròmetres de Raman portàtils, que permetran fer mesures a llocs remots per detectar, per exemple, virus perillosos.
Els tints fluorescents que van estudiar, faran que sigui ràpid i fàcil de veure la presència de compostos dins de les cèl·lules biològiques. A causa de que la tècnica és senzilla, només cal submergir el substrat de grafè en una solució durant un curt període de temps, que permetrà crear una biblioteca sencera de l'espectre de Raman de molècules específiques
Font: PHYSorg 
