Il team intraprende lo studio di calcogenuri di metalli di transizione bidimensionali Importante applicazione biomedica, incluso il biosensore

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I ricercatori presentano le modulazioni delle proprietà dei calcogenuri di metalli di transizione bidimensionali, comprese le loro proprietà fondamentali, i metodi di modulazione e la funzionalizzazione. Inoltre, le loro applicazioni come biosensori altamente sensibili sono ampiamente discusse. CREDITO
Nano Research Energy, Tsinghua University Press

Abstract:
I materiali bidimensionali, come il dichalcogenuro di metallo di transizione, hanno applicazioni nella salute pubblica a causa della loro ampia area superficiale e dell'elevata sensibilità superficiale, insieme alle loro proprietà elettriche, ottiche ed elettrochimiche uniche. Un gruppo di ricerca ha intrapreso uno studio di revisione dei metodi usati per modulare le proprietà del dicalcogenuro di metallo di transizione bidimensionale (TMD). Questi metodi hanno importanti applicazioni biomediche, incluso il biosensing.

Il team intraprende lo studio dei calcogenuri di metalli di transizione bidimensionali Importante applicazione biomedica, incluso il biosensore

Tsinghua, Cina | Pubblicato il 9 dicembre 2022

L'obiettivo del team è presentare una sintesi completa di questo campo promettente e mostrare le sfide e le opportunità disponibili in quest'area di ricerca. “In questa recensione, ci concentriamo sui metodi all'avanguardia per modulare le proprietà del TMD bidimensionale e le loro applicazioni nel biosensing. In particolare, discutiamo a fondo della struttura, delle proprietà intrinseche, dei metodi di modulazione delle proprietà e delle applicazioni di biosensing del TMD", ha affermato Yu Lei, assistente professore presso l'Institute of Materials Research, Shenzhen International Graduate School, Tsinghua University.

Da quando il grafene è stato scoperto nel 2004, i materiali bidimensionali, come il TMD, hanno attirato un'attenzione significativa. Grazie alle sue proprietà uniche, il TMD bidimensionale può fungere da piattaforma atomicamente sottile per lo stoccaggio e la conversione dell'energia, la conversione fotoelettrica, la catalisi e il biosensore. TMD mostra anche una struttura a banda larga e ha proprietà ottiche insolite. Ancora un altro vantaggio del TMD bidimensionale è che può essere prodotto in grandi quantità a basso costo.

Nella sanità pubblica, il rilevamento affidabile e conveniente in vitro e in vivo delle biomolecole è essenziale per la prevenzione e la diagnosi delle malattie. Soprattutto durante la pandemia di COVID-19, le persone hanno sofferto non solo della malattia fisica, ma anche dei problemi psicologici legati all'esposizione prolungata allo stress. Lo stress prolungato può provocare livelli anormali di biomarcatori come serotonina, dopamina, cortisolo ed epinefrina. Pertanto, è essenziale che gli scienziati trovino modi non invasivi per monitorare questi biomarcatori nei fluidi corporei, come sudore, lacrime e saliva. Affinché gli operatori sanitari possano valutare in modo rapido e accurato lo stress di una persona e diagnosticare malattie psicologiche, i biosensori sono di notevole importanza nella diagnostica, nel monitoraggio ambientale e nelle industrie forensi.

Il team ha esaminato l'uso del TMD bidimensionale come materiale funzionale per il biorilevamento, gli approcci per modulare le proprietà del TMD e diversi tipi di biosensori basati sul TMD, inclusi sensori elettrici, ottici ed elettrochimici. “Lo studio della salute pubblica è sempre un compito importante nella prevenzione, diagnosi e lotta contro le malattie. Lo sviluppo di biosensori ultrasensibili e selettivi è fondamentale per la prevenzione e la diagnosi delle malattie", ha affermato Bilu Liu, professore associato e ricercatore principale presso il Geim Graphene Center di Shenzhen, Shenzhen International Graduate School, Tsinghua University.

Il TMD bidimensionale è una piattaforma molto sensibile per il biosensing. Questi sensori elettrici/ottici/elettrochimici bidimensionali basati su TMD sono stati prontamente utilizzati per biosensori che vanno da piccoli ioni e molecole, come Ca2+, H+, H2O2, NO2, NH3, a biomolecole come dopamina e cortisolo, che sono correlate alla centrale malattie nervose e fino alle complessità molecolari, come batteri, virus e proteine.

Il team di ricerca ha stabilito che, nonostante le notevoli potenzialità, molte sfide relative ai biosensori basati su TMD devono ancora essere risolte prima che possano avere un impatto reale. Suggeriscono diverse possibili direzioni di ricerca. Il team raccomanda di utilizzare il ciclo di feedback assistito dall'apprendimento automatico per ridurre il tempo di test necessario per costruire il database necessario per trovare le biomolecole e le coppie TMD appropriate. La loro seconda raccomandazione è l'uso di un ciclo di feedback assistito dall'apprendimento automatico per ottenere la modulazione delle proprietà su richiesta e il database di biomolecole/TMD. Sapendo che i compositi basati su TMD mostrano prestazioni eccellenti quando integrati in dispositivi, la loro terza raccomandazione è che le modifiche superficiali, come difetti e posti vacanti, vengano adottate per migliorare l'attività dei compositi basati su TMD. La loro ultima raccomandazione è che vengano sviluppati metodi di produzione a basso costo a bassa temperatura per preparare TMD. L'attuale metodo di deposizione chimica da vapore utilizzato per preparare TMD può portare a crepe e rughe. Un metodo a basso costo ea bassa temperatura migliorerebbe la qualità dei film. "Una volta risolti i problemi tecnici chiave, i dispositivi basati su TMD bidimensionale saranno i candidati generali per le nuove tecnologie sanitarie", ha affermato Lei.

Il team della Tsinghua University comprende Yichao Bai e Linxuan Sun, e Yu Lei dell'Institute of Materials Research, Tsinghua Shenzhen International Graduate School e del Guangdong Provincial Key Laboratory of Thermal Management Engineering and Materials, Tsinghua Shenzhen International Graduate School; insieme a Qiangmin Yu e Bilu Liu dell'Institute of Materials Research, Tsinghua Shenzhen International Graduate School, e dello Shenzhen Geim Graphene Center, Tsinghua-Berkeley Shenzhen Institute & Institute of Materials Research, Tsinghua Shenzhen International Graduate School.

Questa ricerca è finanziata dalla National Natural Science Foundation of China, National Science Fund for Distinguished Young Scholars, Guangdong Innovative and Entrepreneurial Research Team Program, Shenzhen Basic Research Project, Scientific Research Start-up Funds presso Tsinghua Shenzhen International Graduate School, e progetto di ricerca di base di Shenzhen.

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