2D nanomaterial som effektiva och återanvändbara sensorer
Vi studerar atomärt tunna nanomaterial som potentiella sensorer med hjälp av kvantmekanisk modellering av molekylär adsorption. Ett material som liknar grafen men som innehåller kol och kväve i proportion två till ett (C2N) är mycket lovande som en sensor för luftburna molekylära föroreningar och molekyler i biologiska vätskor. För molekyler i vätskor har vi studerat mätning av sockernivåer.
Diabetes mellitus är en obotlig sjukdom som ger upphov till förhöjda blodsockernivåer. Därför är mätning av blodsockernivåer en integrerad del av diabetesvården. De tillgängliga standard självtester använder blodsockersensorer som är beroende av en dyr glukosoxidasenzym för mätning samtidigt som de involverar den smärtsamma fingerstickningsprocessen. Dessutom är de enzymatiska glukossensorerna dåliga med för låga detektionsgränser och de har stabilitetsproblem med variationer av temperaturer, pH-värden och luftfuktighet. Ett bättre scenario för självövervakning av diabetes skulle vara att använda nya billiga och stabila glukossensorer, som är tillräckligt känsliga för glukosavkänning för att alternativa kroppsvätskor som tårar, svett eller saliv ska kan användas istället för blod.
Tvådimensionella material är idealiska för senaorapplikationer, vilket tillskrivs deras höga yt-till-volymförhållande. Experimentellt syntetiserade C2N nanomaterialbitar har stor potential för sensor tillämpningar på grund av elektronlåneparet som finns på varje N-atom, vilket resulterar i starka lokaliserade dipolmoment som interagerar med molekyler på deras yta. I vårt arbete undersöker vi potentialen hos C2N för detektering av sockermolekyler (glukos, fruktos och xylos) genom att använda första principberäkningar som inkluderar van der Waals interaktioner för att bestämma hur sockerarterna adsorbera på sensorytan och icke-jämvikt Greens funktionsmetoder för att simulera det elektriska responsen i materialet p.g.a. adsorption. Projektet finansierades av Kempe Stiftelserna, Knut och Alice Wallenberg Stiftelsen samt Interreg Nord, och är ett samarbete mellan Luleå Tekniska Universitet (Sverige), Hindustan Institute of Technology and Science (Indien), Khalifa University (Förenade Arabemiraten), Uppsala Universitet (Sverige), och University of Queensland (Australia). C2N förbrukas inte och förstörs inte genom användning eftersom molekylerna är starkt fysiskt bundna (inte kemiskt bundna) tack vare dipolmomenten på kväveämnena. Dessutom är de molekylära bindningsstyrkorna tillräckligt små för att de ska kunna avlägsnas, vilket gör C2N till ett idealiskt material för återanvändning efter rengöring. Våra resultat kommer att bana väg för att utveckla effektiva sensorer för att detektion av blodsocker.
Publikationer:
- Two-Dimensional Nitrogenated Holey Graphene (C2N) Monolayer Based Glucose Sensor for Diabetes Mellitus
- Sensing of volatile organic compounds on two-dimensional nitrogenated holey graphene, graphdiyne, and their heterostructure
Uppdaterad: