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

השיטה מסירה ביעילות שאריות PMMA תוך שמירה על סריג הגרפן הבסיסי. המכשיר הפונקציונלי מראה תוצאות עקביות באיתור נוגדני IgG בסרום הדם. כמו כן, הפרוטוקול מבטיח יישום של גרפן CVD בהתקן ביוסנסינג בזמן אמת, ללא תוויות.

השלבים הם די פשוטים וניתן לעשות זאת עם הכשרה מינימלית. המכשיר מציע סלקטיביות גבוהה, רגישות גבוהה וזיהוי בזמן אמת על פני מכשירי ביוסנסינג אחרים התחל על ידי חיתוך יריעת הגרפן על מצע נחושת לשניים באמצעות אזמל. יש למרוח סרט הדבקה עמיד בחום כדי לתקן את ארבע הפינות של ריבוע הגרפן על אטם ספינר.

ספין מצפה את היריעה המרובעת של הגרפן בשכבה דקה של 100 עד 200 ננומטרים של PMMA 495K A4, מסתובב ב-500 סיבובים לדקה למשך 10 שניות, ולאחר מכן 2, 000 סיבובים לדקה למשך 50 שניות. לאחר מכן, אופים את הדגימה ב 150 מעלות צלזיוס במשך חמש דקות. הסר את החלק האחורי של הגרפן עם פלזמת חמצן ב 30 וואט באמצעות זרימת קצב של 15 סנטימטרים מעוקבים סטנדרטיים לדקה במשך חמש דקות.

חותכים את ריבוע הגרפן שטופל בפלזמה לממדים של רוחב של סנטימטר אחד וגובה של שני סנטימטרים לייצור המכשיר. חותכים את מצע הסיליקה המנוקה מראש לחתיכות קטנות ברוחב של כארבעה סנטימטרים ובגובה של שני סנטימטרים. חרטו את הנחושת באמצעות חריטת הגרפן ברזל כלוריד ללא דילול.

צפו את הדגימה עם צד הנחושת למטה וה-PMMA בצד כלפי מעלה על החריטה הנוזלית. לאחר תחריט נחושת, הרימו את סרט הגרפן באיטיות באמצעות המצע שטופל בפלזמה. אוויר לייבש את סרט הגרפן המועבר במשך שעתיים, ולאחר מכן לאפות על צלחת חמה.

כדי להסיר את PMMA, התחל על ידי חימום הדגימה עם אדי אצטון בטמפרטורה של 70 מעלות צלזיוס על ידי שמירה על הדגימה בערך שני סנטימטרים מעל אדי אצטון במשך ארבע דקות כאשר צד ה- PMMA פונה כלפי מטה. לאחר מכן, לטבול את הדגימה באצטון במשך חמש דקות. לשטוף את הדגימה עם מים deionized בזהירות.

לבסוף, לפוצץ בעדינות לייבש את הדגימה עם חנקן. לשטוף את המצע עם הגרפן המועבר באמצעות אצטון, אלכוהול איזופרופיל ומים שעברו דה-יוניזציה. לאחר מכן, אופים את המצע על צלחת חמה ב 75 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות.

באמצעות מאייד קרן אלקטרונים, ניקל הפקדה וזהב בעובי של 5 ו -45 ננומטר, בהתאמה, על דגימת הגרפן. החל את תהליך הפוטוליתוגרפיה הראשון באמצעות מסיכה A לצורך סידור האלקטרודות. ספין AZ 5214E חיובי photoresist על הדגימה ב 2, 000 סיבובים לדקה במשך 45 שניות ולרפא את הדגימה ב 120 מעלות צלזיוס במשך דקה אחת.

ממקמים את הדגימה במערכת החשיפה להצפות אולטרה סגולות וחושפים אותה למשך כ-10 שניות מתחת ל-200 מילז'ולים לסנטימטר מרובע. פתח את הדגימה עם מפתח פוטורסיסט AZ 300 MIF למשך כשתי דקות ולאחר מכן שטפו במים שעברו דה-יוניזציה. לטבול את הדגימה בתחריט זהב כדי לחרוט את שכבת הזהב למשך 10 שניות, לשטוף במים שעברו דה-יוניזציה ולהסיר את השכבה הפוטורסיסטית הנותרת על ידי טבילה באצטון למשך 10 דקות.

באמצעות אצטון, אלכוהול איזופרופיל ומים שעברו דה-יוניזציה, שטפו את הדגימה ולאחר מכן אפייה על צלחת חמה בטמפרטורה של 75 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות. לאחר מכן, החל את תהליך הפוטוליתוגרפיה השני באמצעות מסיכה B כדי לעצב את ערוצי הגרפן. לטבול את הדגימה בתחריט ניקל ב 60 מעלות צלזיוס כדי לחרוט את שכבת הניקל במשך 10 שניות.

יש לשטוף במים שעברו דה-יוניזציה ולהתייבש באמצעות חנקן. מניחים את הדגימה בפלזמה אשר ומסירים את הגרפן החשוף באמצעות פלזמת חמצן. מאוחר יותר, הסר את השכבה הפוטורסיסטית על ידי טבילה באצטון למשך 10 דקות.

שטפו את הדגימה באמצעות אצטון, IPA ומים שעברו דה-יוניזציה ואופים על צלחת חמה בטמפרטורה של 75 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות. החל את תהליך הפוטוליתוגרפיה השלישי באמצעות מסיכה C כדי לעצב את שכבת הפוטו-ריסט של הפסיביציה כדי להגן על הגרפן הבסיסי על המצע. השתמש באותם פרמטרים של תהליך שהוזכרו קודם לכן, כולל סיבוב עם פוטוריסט חיובי, ריפוי המדגם ופיתוח עם מפתח פוטורסיסט.

מאוחר יותר, לטבול את הדגימה בתחריט ניקל ב 60 מעלות צלזיוס במשך 10 שניות כדי להסיר את שכבת הניקל הנותרת, ולאחר מכן לשטוף עם מים deionized לנשוף יבש באמצעות חנקן. לבסוף, אופים את הדגימה על צלחת חמה ב 120 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות. התוצאות הייצוגיות מראות את הגרפן CVD המועבר המאופיין ברמאן ובמיקרוסקופיה של הכוח האטומי.

פסגת G והפסגות הדו-ממדיות של תמונת ראמאן נותנות מידע מקיף על קיומו ואיכותו של הגרפן החד-שכבתי המועבר. האיור מראה ביוסנסור EEG FET משולב עם אלקטרודת ייחוס כסף סטנדרטית בכסף כלוריד וקידוח פולידימתיל סילוקסן להכלת הדגימה. יתר על כן, התצוגה המוגדלת של תעלת הגרפן מדגימה את החיבור לאלקטרודת המקור לקרקע, לניקוז ולאלקטרודות השער למקור.

PBASE, מגיב פונקציונליזציה נפוץ עבור גרפן, יכול להיספג על פני השטח של גרפן באמצעות אינטראקציה pi-pi מבלי לפגוע בתכונות החשמליות של גרפן. אפטמר IgG בעל 5 פריימים שעבר שינוי אמינו מצומד עם PBASE על ידי קשרי הקשרים האמידיים בין אסטר ה-IgG הריאקטיבי להידרוקסי-6 סינמיד ב-PBASE, לבין קבוצת האמין בקצה ה-5-prime של אפטמר ה-IgG. דגירה של אלבומין בסרום בקר שימשה לחסימת האתרים הנותרים שאינם מחוברים לאחר שטיפת המכשיר עם PBS חד-חוזק האיור מראה את זיהוי ה-IgG בתנאי אלקטרוליטים שונים.

איכות הגרפן היא המפתח לביצועים הטובים ביותר של מכשיר זה. לכן במהלך תחריט פלזמה, יש להבטיח כי הפלזמה אינה פוגעת באזורים השימושיים של הגרפן. כמו כן, יש לנקות את שאריות ה-PMMA לחלוטין כדי לקבל משטח גרפן נקי.

המכשיר הפונקציונלי מראה תוצאות עקביות באיתור נוגדן IgG אנושי, כך שההליך יכול לשמש כהפניה לבניית מכשירים עם ננו-חומרים אחרים כדי לחקור אינטראקציות ממשק וביוסנסינג.