纽约大学的一组研究人员通过发现如何在原子水平上设计石墨烯结构，解决了如何构建具有均匀和可预测性质的超灵敏，超小型电化学传感器这一长期存在的问题。该团队的研究结果有利于生化检测，环境监测和芯片实验室应用

精细调节的电化学传感器（也称为电极）与生物细胞一样小，具有医疗诊断和环境监测系统的巨大潜力。然而，开发它们的努力遇到了障碍，例如缺乏定量原理来指导电极对生化分子的敏感性的精确工程。

纽约大学Tandon学院电气和计算机工程助理教授Davood Shahrjerdi和神经科学中心神经科学和心理学助理教授Roozbeh Kiani揭示了石墨烯中各种结构缺陷与灵敏度之间的关系。电极由它制成。这一发现为石墨烯电极均匀阵列的精确工程和工业规模生产打开了大门。

Ther团队解释说，传统的共识是石墨烯中的结构缺陷通常可以增强由其构成的电极的灵敏度。然而，研究人员长期以来对各种结构缺陷与灵敏度之间关系的深刻理解。该信息对于调节石墨烯中不同缺陷的密度以获得所需的灵敏度水平尤其重要。

“到目前为止，达到理想的灵敏度效果类似于伏都教或炼金术 - 通常，我们不确定为什么某种方法会产生或多或少的敏感电极，”Shahrjerdi说。 “通过系统地研究各种类型和密度的材料缺陷对电极灵敏度的影响，我们创建了一个基于物理的微观模型，用科学的洞察力取代了迷信。”

这些发现将影响石墨烯基电极的制造和应用。今天的碳基电极针对制造后的灵敏度进行了校准，这是一个阻碍大规模生产的耗时过程，但研究人员的发现将允许在材料合成过程中精确设计灵敏度，从而实现工业规模生产碳基电极具有可靠且可重复的灵敏度。

目前，碳基电极对于需要密集的传感器阵列的任何应用都是不实际的：由于阵列内电极对电极的灵敏度的大的变化，结果是不可靠的。这些新发现将使得在下一代神经探针和多路复用的“芯片实验室”平台上使用具有均匀和极高灵敏度的超小型碳基电极，用于医疗诊断和药物开发，它们可能取代用于测量包括DNA的生物样品的光学方法。