Name: Entwicklung und Funktionalisierung eines elektrolytgesteuerten Graphen-Feldeffekttransistors für den Biomarker-Nachweis (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-02-01T14:20:00.000+00:00
Duration: 7 min 51 s
Description: Erfahren Sie die Entwicklung eines elektrolytgesteuerten Graphen-Feldeffekttransistors für den Nachweis von IgG-Biomarkern im Blutserum. Diese Methode ermöglicht hochsensible Echtzeit-Biosensoren.

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Die Experimente wurden an der West Virginia University durchgeführt. Wir danken den Shared Research Facilities an der West Virginia University für die Herstellung von Geräten und die Materialcharakterisierung. Diese Arbeit wurde von der US National Science Foundation unter Grant No. NSF1916894

1. Übertragung der chemischen Gasphasenabscheidung von Graphen
<ol><li>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).</li>
	<li>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.</li>
	<li>Entfernen Sie die Rückseite des Graphens mit Sauerstoffplasma (siehe Materialtabelle) bei 30 W, 15 sccm für 5 min.</li>
	<li>Schneiden Sie das plasmabehandelte Graphenquadrat für die Geräteherstellung in kleinere Abmessungen (1 cm x 2 cm).</li>
	<li>Schneiden Sie das vorgereinigte Substrat (SiO 2) in kleine Stücke mit einem ungefähren Maß von 2,5 cm x2 cm.</li>
	<li>Ätzen Sie das Kupfer mit dem kommerziellen Graphenätzmittel (Eisenchlorid) ab (siehe Materialtabelle). Verdünnen Sie den Etchant nicht. Schwimmen Sie die Probe mit der Kupferseite nach unten und der PMMA-Seite nach oben auf dem flüssigen Etchant.</li>
	<li>Nach dem Kupferätzen heben Sie den Graphenfilm langsam mit dem plasmabehandelten Substrat an.</li>
	<li>Das übertragene Graphen 2 h an der Luft trocknen und dann 15 min bei 80 °C backen.</li>
	<li>Entfernen Sie das PMMA mit den folgenden Schritten.<ol>
<li>Die Probe mit Acetondampf bei 70 °C aufwärmen. Halten Sie die Probe bei ~ 2 cm über dem Acetondampf für 4 Minuten mit der PMMA-Seite nach unten. Dann tauchen Sie die Probe für 5 min in Aceton.</li>
		<li>Waschen Sie die Probe vorsichtig mit DI-Wasser und beobachten Sie das übertragene Graphen unter dem Mikroskop. Zum Schluss die Probe vorsichtig mitN2 föhnen.</li>
		<li>Führen Sie eine AFM-Beobachtung (Atomic Force Microscopy) durch, um PMMA-rückstandsfreies Graphen sicherzustellen. Wenn PMMA-Rückstände im Bild sichtbar sind, führen Sie die Acetondampfreinigung und das Eintauchen erneut durch.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Führen Sie eine Raman- und AFM-Charakterisierung durch, um die Monoschicht der Graphenübertragung zu bestätigen und die Oberflächeneigenschaften zu beobachten (Abbildung 1A, B).</li>
</ol>2. Herstellung von Graphen-Feldeffekttransistoren (GFET)
<ol><li>Waschen Sie das Substrat mit dem übertragenen Graphen mit Aceton, IPA und DI-Wasser; Dann das Substrat auf einer heißen Platte bei 75 °C für 30 min backen (Abbildung 2A).</li>
	<li>Mit dem E-Beam-Verdampfer30 (siehe Materialtabelle) werden 5 nm Nickel und 45 nm Gold auf der Graphenprobe abgeschieden (Abbildung 2B).</li>
	<li>Wenden Sie das erste Photolithographie-30-Verfahren mit Maske A (Ergänzende Abbildung 1) für die Strukturierung der Elektroden an (Abbildung 2C).</li>
	<li>Drehen Sie einen positiven Fotolack (AZ 5214E, siehe Materialtabelle) auf der Probe (2000 U/min für 45 s) und härten Sie die Probe bei 120 °C für 1 min aus.</li>
	<li>Legen Sie die Probe in das UV-Hochwasserexpositionssystem und belichten Sie sie für ~ 10 s unter 200 mJ / cm2.</li>
	<li>Entwickeln Sie die Probe mit einem Fotolackentwickler (AZ300 MIF, siehe Materialtabelle) für ~ 2 min und spülen Sie sie dann mit DI-Wasser ab.</li>
	<li>Tauchen Sie die Probe in eine Goldradierung ein, um die Goldschicht für 10 s zu ätzen; Mit DI-Wasser abspülen und die restliche Fotolackschicht entfernen, indem Sie 10 min in Aceton eintauchen (Abbildung 2C).</li>
	<li>Waschen Sie die Probe mit Aceton, IPA und DI-Wasser. Auf einer heißen Platte bei 75 °C für 30 min backen. Wenden Sie dann den zweiten Photolithographieprozess mit der Maske B (Ergänzende Abbildung 1) an, um die Graphenkanäle zu strukturieren. HINWEIS: Verwenden Sie die gleichen Prozessparameter wie die ersten (Schritt 2.4-2.6), mit Ausnahme des UV-Belichtungssystems im Masken-Aligner (Abbildung 2D).</li>
	<li>Tauchen Sie die Probe bei 60 °C in Nickelätzmittel, um die Nickelschicht für 10 s zu ätzen; mit DI-Wasser abspülen; Föhnen Sie mit N2 (Abbildung 2D).</li>
	<li>Legen Sie die Probe in den Plasma-Asher und entfernen Sie das exponierte Graphen mit Sauerstoffplasma (100 W für 90 s mit Sauerstofffluss bei 49 sccm); Entfernen Sie anschließend die Fotolackschicht, indem Sie 10 Minuten lang in Aceton eintauchen (Abbildung 2E).</li>
	<li>Waschen Sie die Probe mit Aceton, IPA und DI-Wasser; 30 min auf einer heißen Platte bei 75 °C backen und das dritte Photolithographieverfahren mit Maske C (Ergänzende Abbildung 1) zur Strukturierung der Passivierungs-Fotolackschicht anwenden, um das darunter liegende Graphen auf dem Substrat zu schützen. Verwenden Sie die gleichen Prozessparameter wie der erste (Schritt 2.4-2.6), mit Ausnahme des UV-Belichtungssystems im Maskenaligner (Abbildung 2F).</li>
	<li>Nach dem dritten Photolithographieverfahren tauchen Sie die Probe bei 60 °C für 10 s in Nickelätzmittel, um die verbleibende Nickelschicht zu entfernen. dann mit DI-Wasser abspülen und mitN2 föhnen (Abbildung 2G). Zum Schluss die Probe 30 min lang auf einer Kochplatte bei 120 °C backen (Abbildung 2H).</li>
</ol>3. Funktionalisierung von GFET für die IgG-Erkennung
<ol><li>Stellen Sie den Sample-Delivery-Kanal zusammen.<ol>
<li>Stellen Sie den Probenlieferkanal in PDMS mit weichen Lithographietechnikenher 31.</li>
		<li>Tauchen Sie das Graphengerät 30 s lang in 0,1 m NaOH-Lösung ein; Mit DI-Wasser abspülen und eine dünne Wasserschicht auf der Geräteoberfläche belassen, um die Ausrichtung und Bindung des PDMS-Brunnens zu unterstützen. Aktivieren Sie dann die Oberfläche des PDMS-Brunnens mit Sauerstoffplasma.</li>
		<li>Richten Sie den Probenabgabekanal und das Graphengerät unter einem Mikroskop aus. Legen Sie das ausgerichtete Gerät für 3 h in einen 60 °C Ofen, um die Verklebung zu ermöglichen. Das zusammengebaute Gerät ist in Abbildung 3A dargestellt.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Funktionalisieren Sie das GFET.<ol>
<li>Funktionalisieren Sie die Graphenoberfläche mit IgG-Aptamer (siehe Materialtabelle). Verwenden Sie Pipetten, um jedes Reagenz oder jeden Puffer aus dem PDMS-Bohrloch zu laden und zu entfernen. Der schematische Ablauf ist in Abbildung 4 dargestellt. HINWEIS: Die folgenden Schritte wurden bei Raumtemperatur durchgeführt.</li>
		<li>Nachdem Sie die Graphenoberfläche dreimal mit DMSO gespült haben, tragen Sie 1-Pyrenbuttersäure N-Hydroxysuccinimidester (PBASE, 10 mM in DMSO gelöst, siehe Materialtabelle) auf und halten Sie sie für 2 h.</li>
		<li>Nach dem Spülen mit DMSO 5'aminomodifiziertes IgG-Aptamer (20 μM in 1x PBS) auftragen, 3 h inkubieren und dreimal mit 1x PBS spülen.</li>
		<li>Rinderserumalbumin (BSA, 10% w/v in 1x PBS) für 1 h auf Graphen auftragen und dreimal mit 1x PBS abspülen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. IgG-Erkennung
<ol><li>Spülen Sie das Gerät dreimal mit 0,01x PBS ab. Füllen Sie die PDMS-Bohrung mit 0,01x PBS (Erkennungspuffer) (Abbildung 3A,B).</li>
	<li>Verbinden Sie die Elektroden mit einem leistungsstarken Parameteranalysator (siehe Materialverzeichnis). Schließen Sie die Quellelektrode an den Boden, den Abfluss und die Gate-Elektroden an Quellenmesseinheiten (SMU 1 und SMU 2) an, die mit dem Parameteranalysator ausgestattet sind (Abbildung 3C).</li>
	<li>Richten Sie die Messparameter ein und schalten Sie den Probenahmevorgang ein.</li>
	<li>Testen Sie die Reaktion des EGGFET auf IgG, indem Sie den Entleerungsstrom kontinuierlich überwachen. IgG in 0,01x PBS mit unterschiedlichen Konzentrationen auflösen, die Lösung in die Detektionskammer geben und den Ablaufstrom kontinuierlich überwachen. Speichern Sie die Daten.</li>
</ol>

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Die Autoren haben keine konkurrierenden Interessen oder widersprüchlichen Interessen offenzulegen.

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...

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 der Entwicklung der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) im Jahr 2009 hat es sich als kolossales Versprechen erwiesen und seinen Platz als wesentliches Mitglied der Graphenfamilie 9,10,11,12,13 festgelegt. Es wird auf einem Metallsubstrat angebaut und später für praktische Anwendungen auf isolierende Substrateübertragen 14. In letzter Zeit wurden mehrere Übertragungsmethoden verwendet, um CVD-Graphen zu übertragen. Die Poly (Methylmethacrylat) (PMMA) unterstützte Methode ist die am häufigsten verwendete unter den verschiedenen Techniken. Dieses Verfahren eignet sich aufgrund seiner großflächigen Leistungsfähigkeit, der geringeren Kosten und der hohen Qualität des übertragenen Graphens14,15 besonders gut für den industriellen Einsatz. Der kritische Aspekt dieser Methode besteht darin, den PMMA-Rückstand für CVD-Graphenanwendungen loszuwerden, da die Rückstände eine Deskription der elektronischen Eigenschaften von Graphen 14,15,16 verursachen können, einen Einfluss auf die Empfindlichkeit und Leistung von Biosensorenhaben 17,18 und signifikante Geräte-zu-Gerät-Variationen verursachen können 19.
Nanomaterialbasierte Biosensoren wurden in den letzten Jahrzehnten erheblich untersucht, darunter Silizium-Nanodraht (SiNW), Kohlenstoffnanoröhre (CNT) und Graphen20. Aufgrund seiner Einzelatomschichtstruktur und seiner charakteristischen Eigenschaften weist Graphen überlegene elektronische Eigenschaften, gute Biokompatibilität und einfache Funktionalisierung auf, was es zu einem attraktiven Material für die Entwicklung von Biosensoren 14,21,22,23 macht. Aufgrund der Eigenschaften von Feldeffekttransistoren (FET) wie hoher Empfindlichkeit, Standardkonfiguration und kostengünstiger Massenproduzierbarkeit21,24 wird FET in tragbaren und Point-of-Care-Implementierungen bevorzugter als andere elektronikbasierte Biosensorgeräte. Die elektrolytgesteuerten Graphen-Feldeffekttransistoren (EGGFET) Biosensoren sind Beispiele für die angegebenen FETs21,24. EGGFET kann verschiedene Zielanalyten wie Nukleinsäuren 25, Proteine 24,26, Metaboliten 27 und andere biologisch relevante Analyten 28 nachweisen. Die hier erwähnte Technik gewährleistet die Implementierung von CVD-Graphen in einem markierungsfreien biosensorischen Nanoelektronikgerät, das eine höhere Empfindlichkeit und genaue Zeiterfassung als andere Biosensorgerätebietet 29.
In dieser Arbeit wird ein Gesamtprozess zur Entwicklung eines EGGFET-Biosensors und dessen Funktionalisierung für den Biomarkernachweis, einschließlich der Übertragung von CVD-Graphen auf ein isolierendes Substrat, Raman, und AFM-Charakterisierungen des übertragenen Graphens demonstriert. Darüber hinaus werden hier auch die Herstellung von EGGFET und die Integration mit einer Polydimethylsiloxan (PDMS)-Probenabgabe, die Biorezeptorfunktionalisierung und der erfolgreiche Nachweis von humanem Immunglobulin G (IgG) aus Serum durch Spike-and-Recovery-Experimente diskutiert.

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

entwicklung und funktionalisierung eines elektrolytgesteuerten graphen-feldeffekttransistors für den biomarker-nachweis

Development and Functionalization of Electrolyte-Gated Graphene Field-Effect Transistor for Biomarker Detection

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.

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-Lithographieverfahren30,31 wurden für die Herstellung des GFET-Geräts angewendet, wie in Abbildung 2 dargestellt<sup class...

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

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

In the current study, graphene and its derivatives have been investigated and used for many applications, including electronics, sensing, energy storage, ...

Die Methode entfernt effektiv PMMA-Rückstände unter Beibehaltung des zugrunde liegenden Graphengitters. Das funktionelle Gerät zeigt konsistente Ergebnisse beim Nachweis von IgG-Antikörpern im Blutserum. Außerdem stellt das Protokoll die Implementierung von CVD-Graphen in einem kennzeichnungsfreien Echtzeit-Biosensorgerät sicher.Die Schritte sind ziemlich einfach und können mit minimalem Training durchgeführt werden. Das Gerät bietet eine hohe Selektivität, hohe Empfindlichkeit und Echtzeiterkennung gegenüber anderen Biosensorgeräten Beginnen Sie mit dem Schneiden der Graphenschicht auf einem Kupfersubstrat in zwei Hälften mit einem Skalpell. Tragen Sie hitzebeständiges Klebeband auf, um die vier Ecken des Graphenquadrats auf einer Spinnerdichtung zu befestigen.Drehen Sie die quadratische Schicht des Graphens mit einer dünnen Schicht von 100 bis 200 Nanometern PMMA 495K A4, die sich 10 Sekunden lang mit 500 Umdrehungen pro Minute und dann 50 Sekunden lang mit 2.000 Umdrehungen pro Minute dreht. Dann backen Sie die Probe bei 150 Grad Celsius für fünf Minuten. Entfernen Sie die Rückseite des Graphens mit Sauerstoffplasma bei 30 Watt mit einem Ratenfluss von 15 Standardkubikzentimetern pro Minute für fünf Minuten.Schneiden Sie das plasmabehandelte Graphenquadrat für die Geräteherstellung in eine Breite von einem Zentimeter und einer Höhe von zwei Zentimetern. Schneiden Sie das vorgereinigte Kieselsäuresubstrat in kleine Stücke mit einer Breite von etwa vier Zentimetern und einer Höhe von zwei Zentimetern. Ätzen Sie das Kupfer mit dem Graphenätzmittel Eisenchlorid ohne Verdünnung ab.Schwimmen Sie die Probe mit der Kupferseite nach unten und der PMMA-Seite nach oben auf dem flüssigen Etchant. Nach dem Kupferätzen heben Sie den Graphenfilm langsam mit dem plasmabehandelten Substrat an. Trocknen Sie den übertragenen Graphenfilm zwei Stunden lang an der Luft und backen Sie ihn dann auf einer heißen Platte.Um PMMA zu entfernen, beginnen Sie damit, die Probe mit Acetondampf bei 70 Grad Celsius aufzuwärmen, indem Sie die Probe vier Minuten lang etwa zwei Zentimeter über dem Acetondampf mit der PMMA-Seite nach unten halten. Tauchen Sie die Probe dann fünf Minuten lang in Aceton ein. Waschen Sie die Probe vorsichtig mit entionisiertem Wasser.Zum Schluss die Probe vorsichtig mit Stickstoff einblasen. Waschen Sie das Substrat mit dem übertragenen Graphen mit Aceton, Isopropylalkohol und deionisiertem Wasser. Dann das Substrat auf einer heißen Platte bei 75 Grad Celsius für 30 Minuten backen.Deponieren Sie mit einem Elektronenstrahlverdampfer Nickel und Gold mit einer Dicke von 5 bzw. 45 Nanometern auf der Graphenprobe. Wenden Sie das erste Photolithographieverfahren mit Maske A für die Strukturierung der Elektroden an. Drehen Sie den positiven Fotolack AZ 5214E mit 2.000 Umdrehungen pro Minute für 45 Sekunden auf die Probe und härten Sie die Probe bei 120 Grad Celsius für eine Minute aus.Legen Sie die Probe in das ultraviolette Hochwasserexpositionssystem und belichten Sie sie für etwa 10 Sekunden unter 200 Millijoule pro Quadratzentimeter. Entwickeln Sie die Probe mit einem Fotolackentwickler AZ 300 MIF für ca. zwei Minuten und spülen Sie sie dann mit deionisiertem Wasser ab. Tauchen Sie die Probe in ein Goldätzmittel, um die Goldschicht für 10 Sekunden zu ätzen, spülen Sie sie mit entionisiertem Wasser ab und entfernen Sie die verbleibende Fotolackschicht, indem Sie 10 Minuten lang in Aceton eintauchen.Waschen Sie die Probe mit Aceton, Isopropylalkohol und deionisiertem Wasser und backen Sie anschließend 30 Minuten lang auf einer heißen Platte bei 75 Grad Celsius. Wenden Sie dann den zweiten Photolithographieprozess mit Maske B an, um die Graphenkanäle zu strukturieren. Tauchen Sie die Probe bei 60 Grad Celsius in Nickelätzmittel, um die Nickelschicht 10 Sekunden lang zu ätzen.Mit entionisiertem Wasser abspülen und mit Stickstoff föhnen. Legen Sie die Probe in den Plasma-Asher und entfernen Sie das exponierte Graphen mit Sauerstoffplasma. Entfernen Sie später die Fotolackschicht, indem Sie 10 Minuten lang in Aceton eintauchen.Waschen Sie die Probe mit Aceton, IPA und entionisiertem Wasser und backen Sie sie 30 Minuten lang auf einer heißen Platte bei 75 Grad Celsius. Wenden Sie den dritten Photolithographieprozess mit Maske C an, um die Passivierungsfotolackschicht zu strukturieren, um das darunter liegende Graphen auf dem Substrat zu schützen. Verwenden Sie die gleichen Prozessparameter wie zuvor erwähnt, einschließlich des Spinnens mit positivem Fotolack, der Aushärtung der Probe und der Entwicklung mit dem Entwickler von Fotolacken.Tauchen Sie die Probe später 10 Sekunden lang bei 60 Grad Celsius in Nickelätzmittel ein, um die verbleibende Nickelschicht zu entfernen, und spülen Sie sie dann mit deionisiertem Wasser ab und föhnen Sie sie mit Stickstoff. Zum Schluss backen Sie die Probe auf einer heißen Platte bei 120 Grad Celsius für 30 Minuten. Die repräsentativen Ergebnisse zeigen das übertragene CVD-Graphen, das durch Raman- und Rasterkraftmikroskopie gekennzeichnet ist.Der G-Peak und die zweidimensionalen Peaks des Raman-Bildes geben umfassende Informationen über die Existenz und die Qualität des übertragenen Monolayer-Graphens. Die Abbildung zeigt einen EEG-FET-Biosensor, der mit einer Standard-Silber-in-Silberchlorid-Referenzelektrode und einer Polydimethylsiloxan-Vertiefung zur Aufnahme der Probe integriert ist. Darüber hinaus zeigt die vergrößerte Ansicht des Graphenkanals die Verbindung zur Quellelektrode zum Boden, zum Abfluss und zu den Gate-Elektroden zur Quelle.PBASE, ein weit verbreitetes Funktionalisierungsreagenz für Graphen, kann auf der Graphenoberfläche durch eine Pi-Pi-Wechselwirkung absorbiert werden, ohne die elektrischen Eigenschaften von Graphen zu schädigen. Ein 5-prime-aminomodifiziertes IgG-Aptamer wird mit PBASE durch die Amidbindungsverbindungen zwischen dem reaktiven und dem Hydroxy-6-Zimt-Ester in PBASE und der Amingruppe am 5-Prime-Ende des IgG-Aptamers konjugiert. Die Inkubation von Rinderserumalbumin wurde verwendet, um die verbleibenden unkonjugierten Stellen nach dem Spülen des Geräts mit einstufigem PBS zu blockieren Die Abbildung zeigt die IgG-Detektion unter verschiedenen Elektrolytbedingungen.Die Qualität des Graphens ist der Schlüssel zur besten Leistung dieses Geräts. Beim Plasmaätzen muss also sichergestellt werden, dass das Plasma die nützlichen Bereiche des Graphens nicht schädigt. Außerdem müssen die PMMA-Rückstände vollständig gereinigt werden, um eine saubere Graphenoberfläche zu erhalten.Das funktionelle Gerät zeigt konsistente Ergebnisse beim Nachweis menschlicher IgG-Antikörper, so dass das Verfahren als Referenz verwendet werden kann, um Geräte mit anderen Nanomaterialien zu bauen, um Schnittstelleninteraktionen und Biosensorik zu untersuchen.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

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