Aplicaciones del GFET a la detección biológica y química

Descripción

Los transistores de efecto de campo de grafeno están en el corazón de la moderna tecnología de sensores. Con una sensibilidad muy alta y un tiempo de respuesta rápido, se han convertido en una herramienta importante en la detección biológica y química.

Estructura y principio de funcionamiento de los transistores de efecto de campo de grafeno

Los transistores de efecto de campo de grafeno tienen un diseño sencillo. Una sola capa de átomos de carbono forma una lámina plana de grafeno. Esta lámina se asienta sobre un sustrato. Los electrodos metálicos entran en contacto con el grafeno, que sirve de canal. Cuando se aplica un voltaje a un electrodo de puerta, el transistor modula la corriente a través del canal de grafeno.

El sensor funciona según el principio de que las propiedades eléctricas del grafeno cambian cuando las moléculas se adhieren a su superficie. La unión de biomoléculas o sustancias químicas altera la conductividad del grafeno. Este cambio se mide y se correlaciona con la concentración del analito objetivo. La sensibilidad de estos sensores puede ser muy alta. En algunos casos, pueden detectar moléculas a concentraciones en el rango picomolar.

Funcionalización del grafeno para la detección selectiva

El grafeno por sí solo es muy sensible, pero no selectivo. Para mejorar su rendimiento, es habitual añadir moléculas específicas a la superficie del grafeno. Se pueden añadir proteínas, anticuerpos o aptámeros. Estas moléculas se unen sólo a la sustancia diana. Por ejemplo, un anticuerpo puede unirse a un virus o proteína específicos. Se pueden añadir grupos químicos para detectar compuestos volátiles.

Los tratamientos superficiales pueden aplicarse de muchas maneras. Son habituales las interacciones covalentes simples o no covalentes. El método elegido depende del analito objetivo y del rendimiento deseado del sensor. Este proceso de funcionalización confiere al sensor la capacidad de separar una molécula de muchas otras.

Aplicaciones de los sensores biológicos

Los transistores de efecto de campo de grafeno se utilizan en muchas áreas de la detección biológica. Por ejemplo, ayudan a detectar proteínas que indican enfermedades. En medicina, se han utilizado sensores para controlar los niveles de glucosa, algo crucial en el control de la diabetes. También sirven para detectar ADN y ARN. En algunos casos, permiten realizar análisis a nivel de una sola molécula.

El tiempo de respuesta de estos sensores puede ser extremadamente corto: se ha demostrado que responden en cuestión de segundos. Los dispositivos se han probado con éxito en laboratorios, a menudo con soluciones tampón que imitan los fluidos corporales. Su pequeño tamaño facilita el diseño de dispositivos portátiles para el punto de atención. Esto es importante tanto en entornos clínicos como remotos.

Aplicaciones de detección química

Los transistores de efecto de campo de grafeno no se limitan a las aplicaciones biológicas. También son muy útiles en la detección química. Pueden detectar gases como el amoníaco, el dióxido de nitrógeno o compuestos orgánicos volátiles. La funcionalización específica de la superficie ayuda a distinguir una sustancia química de otra.

En la vigilancia del medio ambiente, estos sensores ofrecen una forma cómoda de comprobar la calidad del aire y del agua. Por ejemplo, se han empleado para medir los niveles de gases en zonas industriales. Proporcionan lecturas rápidas que ayudan a tomar medidas cuando se detectan exposiciones nocivas. Su alta sensibilidad los convierte en una valiosa herramienta para garantizar la seguridad en diversos procesos químicos.

Conclusión

Los transistores de efecto de campode grafeno tienen un futuro brillante en los campos de la detección biológica y química. Su estructura sencilla y su alta sensibilidad los hacen muy atractivos para aplicaciones avanzadas.

Preguntas más frecuentes

F: ¿Cuál es la función principal de los sensores de transistores de efecto de campo de grafeno?
P: Cambian sus propiedades eléctricas cuando las moléculas se adhieren al grafeno, lo que permite detectar sustancias biológicas o químicas específicas.

F: ¿Cómo se utilizan estos sensores en aplicaciones médicas?
P: Se utilizan para detectar biomarcadores, proteínas y ADN, cruciales para el diagnóstico y seguimiento de enfermedades.

F: ¿Pueden estos sensores controlar las sustancias químicas del medio ambiente?
P: Sí, miden diversos gases y sustancias químicas, lo que es importante para el control de la contaminación y la seguridad.