p Um sensor químico altamente sensível baseado em espectroscopia Raman e usando grafeno dopado com nitrogênio como substrato foi desenvolvido por uma equipe internacional de pesquisadores que trabalham na Penn State. Nesse caso, dopagem refere-se à introdução de átomos de nitrogênio na estrutura de carbono do grafeno. Esta técnica pode detectar vestígios de moléculas em uma solução em concentrações muito baixas, cerca de 10, 000 vezes mais diluído do que pode ser visto a olho nu. p A espectroscopia Raman é uma técnica de identificação amplamente adotada usada em química, a ciência dos materiais e a indústria farmacêutica para detectar as vibrações internas exclusivas de várias moléculas. Quando uma luz laser irradia cristais ou moléculas, ele espalha e muda as cores. Essa luz espalhada pode ser detectada na forma de um espectro Raman, que serve quase como uma impressão digital para cada sistema irradiado com Raman ativo.

p "Basicamente, cores diferentes no espectro visível serão associadas a energias diferentes, "disse Mauricio Terrones, professor de física, química e ciência dos materiais na Penn State, quem liderou a pesquisa. "Imagine que cada molécula tem uma emissão particular de cor de luz, às vezes amarelo, às vezes verde. Essa cor está associada a uma energia discreta. "

p A equipe escolheu três tipos de moléculas de corante fluorescente para seus experimentos. Corantes fluorescentes, que são frequentemente usados ​​como marcadores em experimentos biológicos, são particularmente difíceis de detectar na espectroscopia Raman porque a fluorescência tende a apagar o sinal. Contudo, quando o corante é adicionado ao grafeno ou substrato de grafeno dopado com N, a fotoluminescência - fluorescência - é extinta.

p Sozinho, o sinal Raman é tão fraco que muitos métodos foram usados ​​para intensificar o sinal. Uma técnica de aprimoramento desenvolvida recentemente usa grafeno puro como substrato, que pode aumentar o sinal Raman em várias ordens de magnitude. Em artigo publicado online hoje (22 de julho) na revista Avanços da Ciência , Terrones e colegas revelaram que adicionar átomos de nitrogênio ao grafeno puro aumenta ainda mais a sensibilidade e, importante, eles deram uma explicação teórica de como o grafeno e o grafeno dopado com N causam o aprimoramento.

p "Ao controlar o doping de nitrogênio, podemos mudar a lacuna de energia do grafeno, e a mudança cria um efeito de ressonância que aumenta significativamente os modos Raman vibracionais da molécula, "disse o autor principal Simin Feng, um estudante de graduação no grupo de Terrones.

p "Esta é uma pesquisa fundamental, "disse Ana Laura Elias, um co-autor e associado de pesquisa no laboratório de Terrones. "É difícil quantificar o aprimoramento porque ele será diferente para cada material e cor de luz. Mas, em alguns casos, estamos indo de zero a algo que podemos detectar pela primeira vez. Você pode ver muitos recursos e estudar muito a física então. Para mim, o aspecto mais importante deste trabalho é a nossa compreensão do fenômeno. Isso levará a melhorias na técnica. "

p Terrones adicionados, "Realizamos um extenso trabalho teórico e experimental. Chegamos a uma explicação de por que o grafeno dopado com nitrogênio funciona muito melhor do que o grafeno normal. Acho que é um avanço, porque em nosso artigo explicamos o mecanismo de detecção de certas moléculas. "

p Por causa da inércia química e biocompatibilidade do grafeno, a equipe espera que a nova técnica seja eficaz na detecção de traços de moléculas orgânicas. Elias está animado com a perspectiva de combinar a técnica com espectrômetros Raman portáteis disponíveis que podem ser levados a lugares remotos para detectar, por exemplo, vírus perigosos. Os corantes fluorescentes que estudaram tornarão mais rápido e fácil ver a presença de compostos dentro das células biológicas. Como a técnica é simples - basta mergulhar o substrato de grafeno em uma solução por um curto período de tempo - deve ser viável criar uma biblioteca inteira do espectro Raman de moléculas específicas, Terrones disse.

p Pesquisadores do Brasil, China e Japão contribuíram para este trabalho durante uma visita ao laboratório de Terrones em Penn State. O artigo é intitulado "Sensor molecular ultrassensível usando grafeno dopado com N através da dispersão Raman aprimorada."