פיתוח ופונקציונליזציה של טרנזיסטור שדה-אפקט גרפן מגודר אלקטרוליטים לזיהוי סמנים ביולוגיים

Summary

הפרוטוקול הנוכחי מדגים את הפיתוח של ביוסנסור טרנזיסטור אפקט שדה גרפן מגודר אלקטרוליטים (EGGFET) ויישומו בזיהוי אימונוגלובולין G (IgG) של סמנים ביולוגיים.

Abstract

במחקר הנוכחי, גרפן ונגזרותיו נחקרו ונעשה בהם שימוש עבור יישומים רבים, כולל אלקטרוניקה, חישה, אגירת אנרגיה ופוטוקטליזה. סינתזה וייצור של גרפן באיכות גבוהה, אחידות טובה ופגמים נמוכים הם קריטיים עבור התקנים בעלי ביצועים גבוהים ורגישים מאוד. בין שיטות סינתזה רבות, תצהיר אדים כימיים (CVD), הנחשב לגישה מובילה לייצור גרפן, יכול לשלוט במספר שכבות הגרפן ולהניב גרפן באיכות גבוהה. יש להעביר גרפן CVD ממצעי המתכת שעליהם הוא גדל על מצעי בידוד ליישומים מעשיים. עם זאת, הפרדה והעברה של גרפן על מצעים חדשים מאתגרות עבור שכבה אחידה מבלי לפגוע או להשפיע על המבנים והתכונות של הגרפן. בנוסף, טרנזיסטור אפקט שדה גרפן מגודר אלקטרוליטים (EGGFET) הודגם בזכות היישומים הרחבים שלו בגילויים ביומולקולריים שונים בגלל הרגישות הגבוהה שלו ותצורת המכשיר הסטנדרטית שלו. במאמר זה, מודגמים גישת העברת גרפן בסיוע פולי (מתיל מתקרילט) (PMMA), ייצור של טרנזיסטור אפקט שדה גרפן (GFET) וזיהוי אימונוגלובולין G (IgG) של סמנים ביולוגיים. ספקטרוסקופיית ראמאן ומיקרוסקופיית כוח אטומי יושמו כדי לאפיין את הגרפן המועבר. השיטה מוצגת כגישה מעשית להעברת גרפן נקי ונטול שאריות תוך שמירה על סריג הגרפן הבסיסי על מצע בידוד ליישומי אלקטרוניקה או ביוסנסינג.

Introduction

גרפן ונגזרותיו נחקרו ושימשו ליישומים רבים, כולל אלקטרוניקה ^1,2, חישה ^3,4,5, אגירת אנרגיה ^6,7 ופוטוקטליזה ^1,6,8. סינתזה וייצור של גרפן באיכות גבוהה, אחידות טובה ופגמים נמוכים הם קריטיים עבור התקנים בעלי ביצועים גבוהים ורגישים מאוד. מאז פיתוח תצהיר האדים הכימיים (CVD) בשנת 2009, הוא הראה הבטחה אדירה וקבע את מקומו כחבר חיוני במשפחת הגרפן

Protocol

1. העברת תצהיר אדים כימיים של גרפן

1. חותכים את יריעת הגרפן על מצע נחושת לשניים (2.5 ס"מ על 5 ס"מ) באמצעות מספריים. יש למרוח סרט נגד חום כדי לקבע את ארבע הפינות של ריבוע הגרפן על אטם ספינר (ראו טבלת חומרים).
   הערה: לגרפן שנרכש יש ממד של 5 ס"מ x 5 ס"מ (ראה טבלת חומרים).
2. ספין-ציפו את יריעת הגרפן בשכבה דקה (100-200 ננומטר) של PMMA 495K A4 המסתובבת ב-500 סל"ד במשך 10 שניות ולאחר מכן 2000 סל"ד למשך 50 שניות. לאחר מכן אופים את הדגימה בטמפרטורה של 150 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות.
3. הסר את החלק האחורי של הגרפן עם פלזמת חמצן (ראה טבלת חומרים) ב- 30 W, 15 sccm למשך 5 דקות.
4. חותכ....

Results

התוצאות הייצוגיות מראות את הגרפן CVD המועבר המאופיין ברמאן וב-AFM, בהתאמה. פסגת G והפסגות הדו-ממדיות של תמונת ראמאן מספקות מידע מקיף לגבי קיומו ואיכותו של הגרפן החד-שכבתי המועבר³² (איור 1). תהליכי ליתוגרפיה סטנדרטיים^30,31 יושמו לייצור התקן GFET, כפי שמוצג באיור 2. איור 3 מראה את ה-GFET המפוברק עם בארות מסירת דגימות PDMS מורכבות ואת מערך הניסוי. ה-PDMS.......

Discussion

יש לקצץ את הגרפן CVD שנרכש על סרט נחושת לגודל הנכון עבור שלבי הייצור הבאים. חיתוך של הסרטים יכול לגרום להתכווצות, אשר צריך למנוע. הפרמטרים המסופקים בשלב הייצור יכולים להיקרא לחריטת פלזמה של גרפן, ומספרים אלה יכולים להיות מגוונים בעת שימוש במכשירים שונים. יש לעקוב מקרוב אחר הדגימה החרוטה ולבדוק אותה כדי להבטיח תחריט מלא של גרפן. ניתן ליישם מספר שיטות טרום-ניקוי כדי לנקות את המצעים, כגון סוניקציה באצטון, IPA ומי DI למשך 5 דקות, שטיפת מים DI וייבוש או טיפול בגז חנקן עם פלזמה O₂ (300 W, ב~ 100 sccm למשך 5 דקות). ק.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
1-חומצה פירנויטירית N- hydroxysuccinimide ester	Sigma Aldrich	457078-1G	פונקציונליזציה
מקלט MFP-3D מיקרוסקופ כוח אטומי	אוקספורד אינסטרומנטס		אפיון גרפן
AZ 300 MIF	מיקרוכימיקלים	AZ 300 MIF	מפתח פוטו-רזיסט
AZ 300 MIF	מיקרוכימיקלים	AZ 300 MIF	פוטו-רזיסט
סרום בקר אלבומין	סיגמא אולדריץ'	810014	חסימת
ברנסון 1210 סוניקטור	SONITEK		ניקוי מדגם
תחריט נחושת	סיגמא אולדריץ'	667528-500ML	הסרת סרט נחושת לשחרור גרפן
דימתיל סולפוקסיד (DMSO)	VWR	97063-136	פונקציונליזציה
אגרופים חד פעמיים ביופסיה, אינטגרה Miltex	VWR	21909-144	ליצור היטב ב-PDMS
תחריט זהב	תחריט זהב, TFA, טרנסן	658148	קסם
סופרמרקט גרפן	גרפן 2 אינץ' x 2 אינץ' אלמנט	חישה ביולוגית של המכשיר
IgG aptamer	Base Pair Biotechnologies	מותאם אישית	קולטן ביולוגי
Keithley 4200A-SCS מנתח פרמטרים	מדידת Tektronix		ו זיהוי
KMG CR-6	KMG כימיקלים	64216	תחריט כרום
קורט ג'יי לסקר מאייד קרן אלקטרונית	קורט ג'יי לסקר		תצהיר מתכת
Laurell Technologies 400 ספינרים	Laurell Technologies	WS-400BZ-6NPP/LITE	ציפוי סרט דק
מרץ PX-250 פלזמה אשר	מרץ מכשירים		ניקוי מדגימות
תחריט ניקל	תחריט ניקל, TFB, תחריט 600016000 טרנסן
OAI חשיפה לשיטפון OAI		פוטוליתוגרפיה	פוספט
חוצץ מלח (PBS)	סיגמא אולדריץ'	806552-500 מ"ל	מאגר
PMMA 495K A4	מיקרוכימיקלים	PMMA 495K A4	Photoresist לסיוע בהעברת גרפן
פולידימתילסילוקסן (PDMS)	סיגמא אולדריץ'	Sylgard 184	מסירת מדגם היטב
Renishaw InVia Raman מיקרוסקופ	Renishaw		אפיון גרפן
נתרן הידרוקסיד (NaOH)	סיגמא אולדריץ'	221465-25G	פונקציונליזציה
Suss Microtech MA6 Mask Aligner	Suss MicroTec		פוטוליתוגרפיה
Thermo Scientific Cimarec Hotplate	Thermo Scientific	SP131635	מדגם ומכשיר אפייה