ERC Consolidator Grant voor ultragevoelige 2D-membranen in frequentiegebaseerde metrologie en bacteriedetectie

Nieuws - 23 november 2023 - Webredactie 3mE

Vorig jaar zijn onderzoekers van de TU Delft erin geslaagd om het geluid van een individuele bacterie op te vangen met grafeen. Om deze ultragevoelige 2D-sensoren te verbeteren, moet de nanomechanica van dit materiaal in meer detail bestudeerd worden. Farbod Alijani, universitair hoofddocent aan de faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek & Technische Materiaalwetenschappen, ontvangt een ERC Consolidator Grant voor dit project. Zijn uiteindelijke doel is om de mechanische prestaties van 2D-materiaalsensoren te verbeteren en in te zetten voor snelle screening van medicijnen en personalised medicine.


"Grafeen is een materiaal met een dikte van Ć©Ć©n atoom dat zeer sterk, maar tegelijkertijd flexibel en ongelooflijk licht is", legt Farbod Alijani, werkzaam bij de afdeling Precision and Microsystems Engineering, uit. Het wordt beschouwd als een veelbelovend materiaal met talloze toepassingen. "Maar er is een probleem", zegt Alijani, "grafeen is erg gevoelig voor ruis en niet-lineariteiten, die de prestaties van grafeen tenietdoen. Als gevolg hiervan zijn er vaak grote variaties te zien in de dynamische eigenschappen wanneer het materiaal in beweging wordt gebracht."

Biologische ruis

Alijani's onderzoeksproject NCANTO richt zich op het fundamentele begrip van de combinatie van ruis en niet-lineariteit in 2D-materiaalmembranen zoals grafeen. Om de nanomechanische prestaties van deze membranen te verbeteren wil hij niet-lineariteiten introduceren in het materiaal om zo de ruis te onderdrukken. Tegelijkertijd wil Alijani ritmes van onvoorspelbare biologische ruis versterken, wanneer micro-organismen in contact komen met 2D-membranen.

Met biologische ruis doelt Alijani op fluctuaties van micro-organismen op nanoschaal. "We hebben al laten zien dat grafeen het geluid van een enkele bacterie kan opvangen, vooral door de flagella, een staart aan het celoppervlak die bacteriƫn voortstuwt." Dit wekte extreem kleine en willekeurige trillingen op in de grafeen sensor.

Ik hoop dat mijn werk in de toekomst leidt tot een beter begrip van de signalen die bacteriƫn op nanoschaal uitzenden.

Farbod Alijani

Om de detectie van een enkele cel te verbeteren, is het doel om orde te scheppen in de willekeurigheid van deze trillingen. "We willen dit doen door met nano-engineering en niet-lineaire dynamische technieken het gedrag van bacteriĆ«n te beĆÆnvloeden, zodat ze hun beweging op elkaar afstemmen en een biologisch ritme ontstaat in plaats van ruis."

"Ik hoop dat mijn werk in de toekomst leidt tot een beter begrip van de signalen die bacteriƫn op nanoschaal uitzenden. Dit helpt ons bij de ontwikkeling van betere instrumenten voor het screenen van medicijnen, met name voor antibiotica, waarmee we het wereldwijde probleem van antibioticaresistentie kunnen aanpakken", concludeert Alijani.

Image credit to: Santiago Mendoza Silva and Pierpaolo Belardinelli