Sviluppo e funzionalizzazione di transistor ad effetto di campo in grafene elettrolitico-gated per il rilevamento di biomarcatori

Sommario

Il presente protocollo dimostra lo sviluppo del biosensore EGGFET (Electrolyte-gated Graphene Field-Effect Transistor) e la sua applicazione nel rilevamento di immunoglobuline G (IgG) biomarcatori.

Abstract

Nel presente studio, il grafene e i suoi derivati sono stati studiati e utilizzati per molte applicazioni, tra cui elettronica, rilevamento, accumulo di energia e fotocatalisi. La sintesi e la fabbricazione di alta qualità, buona uniformità e bassi difetti il grafene sono fondamentali per dispositivi ad alte prestazioni e altamente sensibili. Tra i molti metodi di sintesi, la deposizione chimica da vapore (CVD), considerata un approccio leader per la produzione di grafene, può controllare il numero di strati di grafene e produrre grafene di alta qualità. Il grafene CVD deve essere trasferito dai substrati metallici su cui viene coltivato su substrati isolanti per applicazioni pratiche. Tuttavia, la separazione e il trasferimento del grafene su nuovi substrati sono difficili per uno strato uniforme senza danneggiare o influenzare le strutture e le proprietà del grafene. Inoltre, il transistor a effetto di campo in grafene elettrolitico -gated (EGGFET) è stato dimostrato per le sue ampie applicazioni in varie rilevazioni biomolecolari a causa della sua elevata sensibilità e configurazione standard del dispositivo. In questo articolo, vengono dimostrati l'approccio di trasferimento del grafene assistito da poli (metilmetacrilato) (PMMA), la fabbricazione del transistor a effetto di campo del grafene (GFET) e il rilevamento di immunoglobuline G (IgG) biomarcatori. La spettroscopia Raman e la microscopia a forza atomica sono state applicate per caratterizzare il grafene trasferito. Il metodo si è dimostrato essere un approccio pratico per trasferire grafene pulito e privo di residui preservando il reticolo di grafene sottostante su un substrato isolante per applicazioni elettroniche o di biorilevamento.

Introduzione

Il grafene e i suoi derivati sono stati studiati e utilizzati per molte applicazioni, tra cui l'elettronica ^1,2, il rilevamento ^3,4,5, l'accumulo di energia ^6,7 e la fotocatalisi ^1,6,8. La sintesi e la fabbricazione di alta qualità, buona uniformità e bassi difetti il grafene sono fondamentali per dispositivi ad alte prestazioni e altamente sensibili. Dallo sviluppo d....

Protocollo

1. Trasferimento della deposizione chimica da vapore del grafene

1. Tagliare il foglio di grafene su un substrato di rame a metà (2,5 cm x 5 cm) usando le forbici. Applicare del nastro termoresistente per fissare i quattro angoli del quadrato di grafene su una guarnizione di spinner (vedere Tabella dei materiali).
   NOTA: Il grafene acquistato ha una dimensione di 5 cm x 5 cm (vedi Tabella dei materiali).
2. Spin-coat il foglio del grafene con uno strato sottile (100-200 nm) di PMMA 495K A4 che gira a 500 rpm per 10 s e poi 2000 rpm per 50 s. Quindi cuocere il campione a 150 °C per 5 minuti.
3. R....

Risultati

I risultati rappresentativi mostrano il grafene CVD trasferito caratterizzato rispettivamente da Raman e AFM. Il picco G e i picchi 2D dell'immagine Raman forniscono informazioni complete sull'esistenza e la qualità del grafene^{monostrato 32} trasferito (Figura 1). Processi litografici standard ^30,31 sono stati applicati per fabbricare il dispositivo GFET, come mostrato nella Figura 2

Discussione

Il grafene CVD acquistato su film di rame deve essere tagliato alla giusta dimensione per le seguenti fasi di fabbricazione. Il taglio dei film può causare rughe, che devono essere prevenute. I parametri forniti nella fase di fabbricazione possono essere indicati per l'incisione al plasma del grafene e questi numeri potrebbero essere variati quando si utilizzano strumenti diversi. Il campione inciso deve essere attentamente monitorato e ispezionato per garantire un'incisione completa al grafene. È possibile applicare più.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Acido 1-pireneutirico N-idrossisuccinimide estere	Sigma Aldrich	457078-1G	funzionalizzazione
Asylum MFP-3D Atomic Force Microscope	Oxford Instruments		caratterizzazione del grafene
AZ 300 MIF	MicroChemicals	AZ 300 MIF	rivelatore di fotoresist
AZ 300 MIF Microchemicals AZ 300		MIF	fotoresist
Albumina sierica bovina	Sigma Aldrich	810014
bloccante Branson 1210 Sonicatore	SONITEK		Pulizia dei campioni
Mordenzante di rame	Sigma Aldrich	667528-500ML	Rimozione del film di rame per rilasciare grafene
Dimetil solfossido (DMSO)	VWR	97063-136	funzionalizzazione
Punzoni monouso per biopsia, Integra Miltex	VWR	21909-144	creare bene in PDMS
Mordenzante d'oro	Gold Etch, TFA, Transene	658148	incantare
Grafene	Grafene supermercato	2 "x 2" foglio	elemento di biorilevamento del dispositivo
Aptamero IgG	Coppia di basi Biotecnologie	biorecettore	personalizzato
Keithley 4200A-SCS Analizzatore di parametri	Tektronix		misurazione e rilevamento
KMG CR-6	KMG sostanze chimiche	64216	Mordenzante al cromo
Kurt J. Lesker Evaporatore E-beam	Kurt J. Lesker		deposizione di metalli
Laurell Technologies 400 Spinners	Laurell Technologies	WS-400BZ-6NPP/LITE	rivestimento a film sottile
March PX-250 Plasma Asher	March Instruments		pulizia dei campioni
Mordenzante al nichel	Mordenzante al nichel, TFB,	mordenzante	600016000
OAI Esposizione alle inondazioni	OAI		Fotolitografia
Soluzione salina tamponata con fosfato (PBS)	Sigma Aldrich	806552-500ML	tampone
PMMA 495K A4	Microchemicals	PMMA 495K A4	Fotoresist per assistere il trasferimento del grafene
Polidimetilsilossano (PDMS)	Sigma Aldrich		Pozzetto di consegna del campione
Microscopio Raman Renishaw			Caratterizzazione del grafene
Idrossido di sodio (NaOH)	Funzionalizzazione Sigma Aldrich	221465-25G
Allineatore maschera MA6 Suss Microtech	Fotolitografia	Suss MicroTec
Thermo Scientific Piastra riscaldante Cimarec	Thermo Scientific	SP131635	campione e dispositivo Cottura