Entwicklung und Funktionalisierung eines elektrolytgesteuerten Graphen-Feldeffekttransistors für den Biomarker-Nachweis

Summary

Das vorliegende Protokoll demonstriert die Entwicklung eines elektrolytgesteuerten Graphen-Feldeffekttransistors (EGGFET) Biosensors und seine Anwendung beim Nachweis von Biomarker-Immunglobulin G (IgG).

Abstract

In der aktuellen Studie wurden Graphen und seine Derivate für viele Anwendungen untersucht und verwendet, darunter Elektronik, Sensorik, Energiespeicherung und Photokatalyse. Die Synthese und Herstellung von Graphen von hoher Qualität, guter Gleichmäßigkeit und geringen Defekten ist für leistungsstarke und hochempfindliche Geräte von entscheidender Bedeutung. Unter vielen Synthesemethoden kann die chemische Gasphasenabscheidung (CVD), die als führender Ansatz zur Herstellung von Graphen gilt, die Anzahl der Graphenschichten kontrollieren und hochwertiges Graphen ergeben. CVD-Graphen muss von den Metallsubstraten, auf denen es gezüchtet wird, für praktische Anwendungen auf isolierende Substrate übertragen werden. Die Trennung und Übertragung von Graphen auf neue Substrate ist jedoch für eine gleichmäßige Schicht eine Herausforderung, ohne die Strukturen und Eigenschaften von Graphen zu beschädigen oder zu beeinträchtigen. Darüber hinaus wurde der elektrolytgesteuerte Graphen-Feldeffekttransistor (EGGFET) aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit und Standardgerätekonfiguration für seine breiten Anwendungen in verschiedenen biomolekularen Detektionen demonstriert. In diesem Artikel werden der poly (methylmethacrylat) (PMMA)-unterstützte Graphentransferansatz, die Herstellung von Graphen-Feldeffekttransistoren (GFET) und der Biomarker-Immunglobulin-G (IgG)-Nachweis demonstriert. Raman-Spektroskopie und Rasterkraftmikroskopie wurden angewendet, um das übertragene Graphen zu charakterisieren. Es hat sich gezeigt, dass das Verfahren ein praktischer Ansatz ist, um sauberes und rückstandsfreies Graphen zu übertragen und gleichzeitig das darunter liegende Graphengitter auf einem isolierenden Substrat für Elektronik- oder Biosensoranwendungen zu erhalten.

Introduction

Graphen und seine Derivate wurden für viele Anwendungen untersucht und verwendet, einschließlich Elektronik ^1,2, Sensorik ^3,4,5, Energiespeicherung ^6,7 und Photokatalyse ^1,6,8. Die Synthese und Herstellung von Graphen von hoher Qualität, guter Gleichmäßigkeit und geringen Defekten ist für leistungsstarke und hochempfindliche Geräte von entscheidender Bedeutung. Seit d....

Protocol

1. Übertragung der chemischen Gasphasenabscheidung von Graphen

1. Schneiden Sie die Graphenplatte auf einem Kupfersubstrat mit einer Schere in zwei Hälften (2,5 cm x 5 cm). Tragen Sie hitzebeständiges Band auf, um die vier Ecken des Graphenquadrats auf einer Spinnerdichtung zu befestigen (siehe Materialtabelle).
   HINWEIS: Das gekaufte Graphen hat eine Abmessung von 5 cm x 5 cm (siehe Materialtabelle).
2. Drehen Sie die Graphenplatte mit einer dünnen Schicht (100-200 nm) PMMA 495K A4, die sich bei 500 U / min für 10 s und dann 2000 U / min für 50 s dreht. Dann backen Sie die Probe bei 150 °C für 5 min.<....

Results

Die repräsentativen Ergebnisse zeigen das übertragene CVD-Graphen, das durch Raman bzw. AFM gekennzeichnet ist. Der G-Peak und die 2D-Peaks des Raman-Bildes geben umfassende Informationen über die Existenz und die Qualität des übertragenen Monolayer-Graphens³² (Abbildung 1). Standard-Lithographieverfahren^30,31 wurden für die Herstellung des GFET-Geräts angewendet^, wie in Abbildung 2 dargestellt

Discussion

Das gekaufte CVD-Graphen auf Kupferfolie muss für die folgenden Herstellungsschritte auf die richtige Größe zugeschnitten werden. Das Schneiden der Folien kann zu Faltenbildung führen, was verhindert werden muss. Die im Herstellungsschritt bereitgestellten Parameter können für das Plasmaätzen von Graphen herangezogen werden, und diese Zahlen können bei Verwendung verschiedener Instrumente variiert werden. Die geätzte Probe muss genau überwacht und inspiziert werden, um eine vollständige Graphenätzung zu gewährleisten. Me.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
1-Pyreneutyrinsäure N-Hydroxysuccinimidester	Sigma Aldrich	457078-1G	Funktionalisierung
Asylum MFP-3D Rasterkraftmikroskop	Oxford Instruments		Graphencharakterisierung
AZ 300 MIF	Mikrochemikalien	AZ 300 MIF	Fotolackentwickler
AZ 300 MIF	Mikrochemikalien	AZ 300 MIF	Fotolack
Rinderserumalbumin	Sigma Aldrich	810014	blockierend
Branson 1210 Ultraschallgerät	SONITEK		Probenreinigung
Kupferätzmittel	Sigma Aldrich	667528-500ML	Entfernen von Kupferfilm zur Freisetzung von Graphen
Dimethylsulfoxid (DMSO)	VWR	97063-136	Funktionalisierung
Einweg-Biopsiestempel, Integra Miltex	VWR	21909-144	schaffen gut in PDMS
Gold Ätzmittel	Gold Ätzen, TFA,	658148	verzaubern
Graphen	Graphen Supermarkt	2 "x 2" Blatt	Biosensing Element des Geräts
IgG Aptamer	Base Pair Biotechnologies kundenspezifischer		Biorezeptor
Keithley 4200A-SCS Parameter Analyzer	Tektronix		Messung und Detektion
KMG CR-6	KMG Chemikalien	64216	Chromätzmittel
Kurt J. Lesker E-Beam-Verdampfer	Kurt J. Lesker		Metallabscheidung
Laurell Technologies 400 Spinner	Laurell Technologies	WS-400BZ-6NPP/LITE	Dünnschichtbeschichtung
März PX-250 Plasma-Asche	März Instrumente		Probenreinigung
Nickelätzmittel	Nickel-Ätzmittel, TFB,	- 600016000	Ätzmittel
OAI Flood Exposure	OAI-Photolithographie
Phosphatgepufferte Kochsalzlösung (PBS)	Sigma Aldrich	806552-500ML	Puffer
PMMA 495K A4	Mikrochemikalien	PMMA 495K A4	Fotolack zur Unterstützung der Graphenübertragung
Polydimethylsiloxan (PDMS)	Sigma Aldrich	Sylgard 184	Sample Delivery Well
Renishaw InVia Raman Mikroskop	Renishaw		Graphencharakterisierung
Natriumhydroxid (NaOH)	Sigma Aldrich	221465-25G	Funktionalisierung
Süss Microtech MA6 Mask Aligner	Säuss MicroTec		Photolithographie
Thermo Scientific Cimarec Heizplatte	Thermo Scientific	SP131635	Probe und Gerät Backen