Equipe realiza estudo de calcogenetos bidimensionais de metais de transição Importante aplicação biomédica, incluindo biossensoriamento

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Os pesquisadores apresentam as modulações de propriedades de calcogenetos bidimensionais de metais de transição, incluindo suas propriedades fundamentais, métodos de modulação e funcionalização. Além disso, suas aplicações como biossensores altamente sensíveis são amplamente discutidas. CRÉDITO Energia de Nano Pesquisa, Imprensa da Universidade de Tsinghua

Abstrato:
Materiais bidimensionais, como o dicalcogeneto de metal de transição, têm aplicações na saúde pública por causa de sua grande área de superfície e alta sensibilidade de superfície, juntamente com suas propriedades elétricas, ópticas e eletroquímicas únicas. Uma equipe de pesquisa empreendeu um estudo de revisão dos métodos usados ​​para modular as propriedades do dicalcogeneto de metal de transição bidimensional (TMD). Esses métodos têm aplicações biomédicas importantes, incluindo biosensoriamento.

Equipe realiza estudo de calcogenetos bidimensionais de metais de transição Importante aplicação biomédica, incluindo biossensoriamento

Tsinghua, China | Postado em 9 de dezembro de 2022

O objetivo da equipe é apresentar um resumo abrangente deste campo promissor e mostrar os desafios e oportunidades disponíveis nesta área de pesquisa. “Nesta revisão, nos concentramos nos métodos de última geração para modular propriedades de TMD bidimensional e suas aplicações em biossensoriamento. Em particular, discutimos minuciosamente a estrutura, as propriedades intrínsecas, os métodos de modulação de propriedades e as aplicações de biossensibilidade do TMD”, disse Yu Lei, professor assistente do Instituto de Pesquisa de Materiais, Escola Internacional de Pós-Graduação em Shenzhen, Universidade de Tsinghua.

Desde que o grafeno foi descoberto em 2004, materiais bidimensionais, como o TMD, têm atraído atenção significativa. Devido às suas propriedades únicas, o TMD bidimensional pode servir como plataformas atomicamente finas para armazenamento e conversão de energia, conversão fotoelétrica, catálise e biossensor. O TMD também exibe uma estrutura de banda larga e possui propriedades ópticas incomuns. Ainda outro benefício do TMD bidimensional é que ele pode ser produzido em grandes quantidades a um baixo custo.

Na saúde pública, a detecção confiável e acessível in vitro e in vivo de biomoléculas é essencial para a prevenção e diagnóstico de doenças. Especialmente durante a pandemia do COVID-19, as pessoas sofreram não apenas com a doença física, mas também com os problemas psicológicos relacionados à extensa exposição ao estresse. Estresse extenso pode resultar em níveis anormais de biomarcadores como serotonina, dopamina, cortisol e epinefrina. Portanto, é essencial que os cientistas encontrem maneiras não invasivas de monitorar esses biomarcadores em fluidos corporais, como suor, lágrimas e saliva. Para que os profissionais de saúde avaliem com rapidez e precisão o estresse de uma pessoa e diagnostiquem doenças psicológicas, os biossensores são de importância significativa nas indústrias de diagnóstico, monitoramento ambiental e forense.

A equipe revisou o uso de TMD bidimensional como material funcional para biosensoriamento, as abordagens para modular as propriedades do TMD e diferentes tipos de biossensores baseados em TMD, incluindo sensores elétricos, ópticos e eletroquímicos. “O estudo da saúde pública é sempre uma tarefa importante na prevenção, diagnóstico e combate às doenças. O desenvolvimento de biossensores ultrassensíveis e seletivos é fundamental para a prevenção e diagnóstico de doenças”, disse Bilu Liu, professor associado e pesquisador principal do Shenzhen Geim Graphene Center, Shenzhen International Graduate School, Tsinghua University.

O TMD bidimensional é uma plataforma muito sensível para biossensing. Esses sensores elétricos/ópticos/eletroquímicos bidimensionais baseados em TMD têm sido prontamente usados ​​para biossensores que variam de pequenos íons e moléculas, como Ca2+, H+, H2O2, NO2, NH3, a biomoléculas como dopamina e cortisol, que estão relacionados ao doenças nervosas e até complexidades moleculares, como bactérias, vírus e proteínas.

A equipe de pesquisa determinou que, apesar dos potenciais notáveis, muitos desafios relacionados aos biossensores baseados em TMD ainda precisam ser resolvidos antes que possam causar um impacto real. Eles sugerem várias direções de pesquisa possíveis. A equipe recomenda que o loop de feedback assistido pelo aprendizado de máquina seja usado para reduzir o tempo de teste necessário para construir o banco de dados necessário para encontrar as biomoléculas adequadas e os pares de TMD. Sua segunda recomendação é o uso de um loop de feedback assistido por aprendizado de máquina para obter a modulação de propriedades sob demanda e o banco de dados de biomoléculas/TMD. Sabendo que os compósitos baseados em TMD exibem excelente desempenho quando construídos em dispositivos, sua terceira recomendação é que modificações de superfície, como defeitos e lacunas, sejam adotadas para melhorar a atividade dos compósitos baseados em TMD. Sua última recomendação é que métodos de fabricação de baixo custo em baixa temperatura sejam desenvolvidos para preparar TMD. O atual método de deposição de vapor químico usado para preparar o TMD pode levar a rachaduras e rugas. Um método de baixo custo e baixa temperatura melhoraria a qualidade dos filmes. “À medida que os principais problemas técnicos são resolvidos, os dispositivos baseados em TMD bidimensional serão os principais candidatos para as novas tecnologias de saúde”, disse Lei.

A equipe da Universidade Tsinghua inclui Yichao Bai e Linxuan Sun, e Yu Lei do Instituto de Pesquisa de Materiais, Tsinghua Shenzhen International Graduate School e Guangdong Provincial Key Laboratory of Thermal Management Engineering and Materials, Tsinghua Shenzhen International Graduate School; juntamente com Qiangmin Yu e Bilu Liu do Instituto de Pesquisa de Materiais, Tsinghua Shenzhen International Graduate School, e o Shenzhen Geim Graphene Center, Tsinghua-Berkeley Shenzhen Institute & Institute of Materials Research, Tsinghua Shenzhen International Graduate School.

Esta pesquisa é financiada pela 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 at Tsinghua Shenzhen International Graduate School, e Projeto de Pesquisa Básica de Shenzhen.

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