Er wordt een stabiele pH-gradiënt gegenereerd tussen een paar vooringenomen grafeenmicro-elektroden. Moleculen (rode deeltjes) worden gefocusseerd in een smalle band – het focusseringsvlak – tussen de micro-elektroden bij het genereren van pH-gradiënt. De gefocusseerde moleculen worden met hoge gevoeligheid gedetecteerd door vooraf specifieke herkenners (groene deeltjes) op het focusseervlak te plaatsen. Krediet: UMass Amherst
Nieuw onderzoek onder leiding van assistent-professor Jinglei Ping van de Universiteit van Massachusetts Amherst heeft een grote uitdaging overwonnen om moleculen op hetzelfde moment en op dezelfde locatie in een microapparaat te isoleren en te detecteren. Het werk, onlangs gepubliceerd in ACS-nano, demonstreert een belangrijke vooruitgang in het gebruik van grafeen voor elektrokinetische verwerking en analyse van biosamples, en kan ervoor zorgen dat lab-on-a-chip-apparaten kleiner kunnen worden en sneller resultaten kunnen behalen.
Het proces van het detecteren van biomoleculen is ingewikkeld en tijdrovend. “Meestal moeten we ze eerst isoleren in een complex medium in een apparaat en ze vervolgens naar een ander apparaat of een andere plek in hetzelfde apparaat sturen voor detectie”, zegt Ping, die op de afdeling Mechanische en Industriële Engineering van het College of Engineering zit en is tevens verbonden aan het Instituut voor Toegepaste Levenswetenschappen van de universiteit. “Nu kunnen we ze isoleren en ze tegelijkertijd op dezelfde microschaal in een microfluïdisch apparaat detecteren – niemand heeft dit ooit eerder aangetoond.”
Zijn lab bereikte deze vooruitgang door grafeen, een één-atoom dik honingraatrooster van koolstofatomen, te gebruiken als micro-elektroden in een microfluïdisch apparaat.
“We ontdekten dat in vergelijking met typische micro-elektroden van inert metaal, de elektrolysestabiliteit voor grafeenmicro-elektroden meer dan 1000 keer verbeterd is, waardoor ze ideaal zijn voor hoogwaardige elektrokinetische analyse”, zegt hij.
Ping voegde eraan toe dat, omdat monolaag grafeen transparant is, “we een driedimensionale multi-stream microfluïdische strategie ontwikkelden om de geïsoleerde moleculen microscopisch te detecteren en de detectie tegelijkertijd te kalibreren vanuit een richting loodrecht op de grafeen-micro-elektroden.”
De nieuwe aanpak die in het werk is ontwikkeld, maakt de weg vrij voor het creëren van lab-on-a-chip-apparaten met maximale efficiëntie in tijd en grootte, zegt Ping. De aanpak is ook niet beperkt tot het analyseren van biomoleculen en kan mogelijk worden gebruikt om micro-organismen zoals cellen en bacteriën te scheiden, op te sporen en te stimuleren.
Co-auteurs van het artikel “Graphene-Enabled High-Performance Electrokinetic Focusing and Sensing”, zijn Ping’s studenten, Xiao Fan (eerste auteur) en Xiaoyu Zhang.
Xiao Fan et al, Graphene-Enabled High-Performance Electrokinetic Focusing and Sensing, ACS Nano (2022). DOI: 10.1021/acsnano.2c03054
ACS Nano
Geleverd door de Universiteit van Massachusetts Amherst
