Développement et fonctionnalisation d’un transistor à effet de champ en graphène dépendant des électrolytes pour la détection de biomarqueurs

Sakib Ishraq; Jianbo Sun; Yuxin Liu

doi:10.3791/63393

Article de méthode

Développement et fonctionnalisation d’un transistor à effet de champ en graphène dépendant des électrolytes pour la détection de biomarqueurs

DOI :

10.3791/63393

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1 février 2022

Sakib Ishraq¹ , Jianbo Sun² , Yuxin Liu¹

¹Lane Department of Computer Science and Electrical Engineering, West Virginia University, ²Beijing Graphene Institute

Dans cet article

Résumé

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Le présent protocole démontre le développement d’un biocapteur à transistor à effet de champ en graphène dépendant des électrolytes (EGGFET) et son application dans la détection des immunoglobulines G (IgG) des biomarqueurs.

Résumé

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Dans la présente étude, le graphène et ses dérivés ont été étudiés et utilisés pour de nombreuses applications, notamment l’électronique, la détection, le stockage d’énergie et la photocatalyse. La synthèse et la fabrication de graphène de haute qualité, d’une bonne uniformité et de faibles défauts sont essentielles pour les appareils haute performance et très sensibles. Parmi les nombreuses méthodes de synthèse, le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), considéré comme une approche de premier plan pour la fabrication du graphène, peut contrôler le nombre de couches de graphène et produire du graphène de haute qualité. Le graphène CVD doit être transféré des substrats métalliques sur lesquels il est cultivé sur des substrats isolants pour des applications pratiques. Cependant, la séparation et le transfert du graphène sur de nouveaux substrats sont difficiles pour une couche uniforme sans endommager ou affecter les structures et les propriétés du graphène. De plus, le transistor à effet de champ en graphène dépendant de l’électrolyte (EGGFET) a été démontré pour ses vastes applications dans diverses détections biomoléculaires en raison de sa sensibilité élevée et de sa configuration de dispositif standard. Dans cet article, l’approche de transfert de graphène assistée par poly (méthacrylate de méthyle) (PMMA), la fabrication d’un transistor à effet de champ de graphène (GFET) et la détection d’immunoglobuline g (IgG) de biomarqueurs sont démontrées. La spectroscopie Raman et la microscopie à force atomique ont été appliquées pour caractériser le graphène transféré. La méthode s’est avérée être une approche pratique pour transférer du graphène propre et sans résidus tout en préservant le réseau de graphène sous-jacent sur un substrat isolant pour des applications électroniques ou de biodétection.

Introduction

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Le graphène et ses dérivés ont été étudiés et utilisés pour de nombreuses applications, notamment l’électronique ^1,2, la détection ^3,4,5, le stockage d’énergie ^6,7 et la photocatalyse ^1,6,8. La synthèse et la fabrication de graphène de haute qualité, d’une bonne uniformité et de faibles défauts sont essentielles pour les appareils haute performance et très sensibles. ....

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Protocole

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1. Transfert du dépôt chimique en phase vapeur de graphène

Couper la feuille de graphène sur un substrat de cuivre en deux (2,5 cm x 5 cm) à l’aide de ciseaux. Appliquez du ruban résistant à la chaleur pour fixer les quatre coins du carré de graphène sur un joint de filature (voir Tableau des matériaux).
REMARQUE: Le graphène acheté a une dimension de 5 cm x 5 cm (voir tableau des matériaux).
Spin-coat la feuille de graphène avec une fine couche (100-200 nm) de PMMA 495K A4 tournant à 500 tr/min pendant 10 s puis 2000 tr/min pendant 50 s. Cuire ensuite l’échantillon à 150 °C pendant 5 min.

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Résultats

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Les résultats représentatifs montrent le graphène CVD transféré caractérisé par Raman et AFM, respectivement. Le pic G et les pics 2D de l’image Raman donnent des informations complètes sur l’existence et la qualité du graphène^{monocouche transféré 32} (Figure 1). Des procédés de lithographie standard^30,31 ont été appliqués pour la fabrication du dispositif GFET, comme le montre la figure 2<.......

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Discussion

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Le graphène CVD acheté sur film de cuivre doit être coupé à la bonne taille pour les étapes de fabrication suivantes. La coupe des films peut provoquer des rides, ce qui doit être évité. Les paramètres fournis à l’étape de fabrication peuvent être référencés pour la gravure au plasma du graphène, et ces nombres peuvent être modifiés lors de l’utilisation de différents instruments. L’échantillon gravé doit être étroitement surveillé et inspecté pour assurer une gravure complète au graphène. Plusieurs méthodes de pré-netto.......

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs n’ont pas d’intérêts concurrents ou d’intérêts conflictuels à divulguer.

Remerciements

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Les expériences ont été menées à l’Université de Virginie-Occidentale. Nous reconnaissons les installations de recherche partagées de l’Université de Virginie-Occidentale pour la fabrication de dispositifs et la caractérisation des matériaux. Ce travail a été soutenu par la National Science Foundation des États-Unis dans le cadre de la subvention No. NSF1916894.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Acide 1-pyrénétyrique Ester N-hydroxysuccinimide	Sigma Aldrich	457078-1G	fonctionnalisation
Asylum MFP-3D Atomic Force Microscope	Oxford Instruments		du graphène
AZ 300 MIF	MicroChemicals	AZ 300 MIF	photoresist
developer AZ 300 MIF	MicroChemicals	AZ 300 MIF	photoresist
Albumine sérique bovine	Sigma Aldrich	810014	bloquant
Branson 1210 Sonicateur	SONITEK		nettoyage d’échantillons
Etchant au cuivre	Sigma Aldrich	667528-500ML	enlevant le film de cuivre pour libérer le graphène
Diméthyl Sulfoxyde (DMSO)	VWR	97063-136	fonctionnalisation
Poinçons de biopsie jetables, Integra Miltex	VWR	21909-144	bien créer dans PDMS
Gold etchant	Gold Etch, TFA, Transene	658148	enchanter
Graphene	Graphene supermarché	2 » x 2 » feuille	biocapteur élément de biodétection de l’appareil
IgG aptamère	Base Pair	Biotechnologies biorécepteur	personnalisé
Keithley 4200A-SCS Analyseur de paramètres	Tektronix		mesure et détection
KMG CR-6	KMG produits chimiques	64216	Agent de gravure au chrome
Kurt J. Lesker Évaporateur à faisceau d’électrons	Kurt J. Lesker		Dépôt de métaux
Laurell Technologies 400 Spinners	Laurell Technologies	WS-400BZ-6NPP/LITE	Revêtement en couche mince
Mars PX-250 Plasma Asher	Mars Instruments		Nettoyage d’échantillons
Nickel etcateur	Nickel Gravure, TFB, Transène	600016000	Agent de gravure
OAI Exposition aux inondations	Photolithographie	OAI
Saline tamponnée au phosphate (PBS)	Sigma Aldrich	806552-500ML	tampon
PMMA 495K A4	MicroChemicals	PMMA 495K A4	Photorésine pour aider au transfert de graphène
Polydiméthylsiloxane (PDMS)	Sigma Aldrich	Sylgard 184	puits de livraison d’échantillons
Renishaw InVia Raman Microscope	Renishaw		Caractérisation du graphène
Hydroxyde de sodium (NaOH)	Sigma Aldrich	221465-25G	fonctionnalisation
Suss Microtech MA6 Mask Aligner	Suss MicroTec		photolithographie
Thermo Scientific Cimarec Plaque chauffante	Thermo Scientific	SP131635	Cuisson de l’échantillon et de l’appareil

caractérisation

Références

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Saini, D. Synthesis and functionalization of graphene and application in electrochemical biosensing. Nanotechnology Reviews. 5 (4), 393-416 (2016).
Emtsev, K. V., Bostwick, A., Horn, K., et al. Towards wafer-size ....

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Mots-clés

Transistor grille lectrolytique graph ne par CVD transfert de graph ne transfert assist par PMMA spectroscopie Raman microscopie force atomique d tection d IgG dispositif de biod tection

Développement et fonctionnalisation d’un transistor à effet de champ en graphène dépendant des électrolytes pour la détection de biomarqueurs

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