Opracowanie i funkcjonalizacja grafenowego tranzystora polowego bramkowanego elektrolitem do detekcji biomarkerów

Metoda skutecznie usuwa pozostałości PMMA, zachowując jednocześnie leżącą pod spodem siatkę grafenową. Funkcjonalne urządzenie wykazuje spójne wyniki w wykrywaniu przeciwciał IgG w surowicy krwi. Protokół zapewnia również implementację grafenu CVD w czasie rzeczywistym, bezznacznikowym urządzeniu biosensorycznym.

Kroki są dość proste i można je wykonać przy minimalnym treningu. Urządzenie oferuje wysoką selektywność, wysoką czułość i wykrywanie w czasie rzeczywistym w porównaniu z innymi urządzeniami biodetencyjnymi Zacznij od przecięcia arkusza grafenu na podłożu miedzianym na pół za pomocą skalpela. Zastosuj taśmę żaroodporną, aby przymocować cztery rogi kwadratu grafenowego na uszczelce obrotowej.

Kwadratowy arkusz grafenu należy pokryć cienką warstwą od 100 do 200 nanometrów PMMA 495K A4, obracając się z prędkością 500 obrotów na minutę przez 10 sekund, a następnie 2 000 obrotów na minutę przez 50 sekund. Następnie piecz próbkę w temperaturze 150 stopni Celsjusza przez pięć minut. Usuń tylną stronę grafenu za pomocą plazmy tlenowej o mocy 30 watów, używając przepływu o szybkości 15 standardowych centymetrów sześciennych na minutę przez pięć minut.

Wytnij kwadrat grafenowy poddany obróbce plazmowej na wymiar jednego centymetra szerokości i dwóch centymetrów wysokości w celu wytworzenia urządzenia. Pokrój wstępnie oczyszczone podłoże krzemionkowe na małe kawałki o przybliżonej szerokości czterech centymetrów i wysokości dwóch centymetrów. Wytrawić miedź za pomocą wytrawiacza grafenowego chlorku żelaza bez rozcieńczania.

Unieś próbkę miedzianą stroną do dołu i stroną PMMA do góry na płynnym wytrawiaczu. Po wytrawieniu miedzią powoli podnieś folię grafenową za pomocą podłoża poddanego obróbce plazmowej. Suszyć przeniesioną folię grafenową na powietrzu przez dwie godziny, a następnie piec na gorącej płycie.

Aby usunąć PMMA, zacznij od podgrzania próbki parą acetonu w temperaturze 70 stopni Celsjusza, trzymając próbkę około dwóch centymetrów nad parą acetonu przez cztery minuty stroną z PMMA skierowaną w dół. Następnie zanurzyć próbkę w acetonie na pięć minut. Ostrożnie umyć próbkę wodą dejonizowaną.

Na koniec delikatnie wysusz próbkę azotem. Umyj podłoże przeniesionym grafenem za pomocą acetonu, alkoholu izopropylowego i wody dejonizowanej. Następnie piecz podłoże na gorącej płycie w temperaturze 75 stopni Celsjusza przez 30 minut.

Za pomocą parownika wiązki elektronów osadź nikiel i złoto o grubości odpowiednio 5 i 45 nanometrów na próbce grafenu. Zastosuj pierwszy proces fotolitografii przy użyciu maski A do wzoru elektrod. Wirować dodatni fotorezystor AZ 5214E na próbce z prędkością 2 000 obrotów na minutę przez 45 sekund i utwardzać próbkę w temperaturze 120 stopni Celsjusza przez jedną minutę.

Umieścić próbkę w systemie ekspozycji na promieniowanie ultrafioletowe i naświetlać ją przez około 10 sekund w temperaturze poniżej 200 milidżuli na centymetr kwadratowy. Wywołaj próbkę za pomocą wywoływacza fotorezystu AZ 300 MIF przez około dwie minuty, a następnie spłucz wodą dejonizowaną. Zanurz próbkę w złotym wytrawiaczu, aby wytrawić warstwę złota na 10 sekund, spłucz wodą dejonizowaną i usuń pozostałą warstwę fotorezystu, zanurzając ją w acetonie na 10 minut.

Używając acetonu, alkoholu izopropylowego i wody dejonizowanej, umyj próbkę, a następnie piecz na płycie grzejnej w temperaturze 75 stopni Celsjusza przez 30 minut. Następnie zastosuj drugi proces fotolitografii za pomocą maski B, aby nadać wzór kanałom grafenowym. Zanurz próbkę w wytrawiaczu niklowym w temperaturze 60 stopni Celsjusza, aby wytrawić warstwę niklu przez 10 sekund.

Spłucz wodą dejonizowaną i wysusz suszarką przy użyciu azotu. Umieść próbkę w asherze plazmowym i usuń odsłonięty grafen za pomocą plazmy tlenowej. Później usuń warstwę fotorezystu, zanurzając ją w acetonie na 10 minut.

Umyj próbkę acetonem, IPA i wodą dejonizowaną i piecz na gorącej płycie w temperaturze 75 stopni Celsjusza przez 30 minut. Zastosuj trzeci proces fotolitografii przy użyciu maski C, aby nadać wzór warstwie fotorezystu pasywacji w celu ochrony leżącego pod spodem grafenu. Użyj tych samych parametrów procesu, jak wspomniano wcześniej, w tym wirowania z dodatnim fotorezystem, utwardzania próbki i wywoływania za pomocą wywoływacza fotorezystu.

Następnie zanurz próbkę w wytrawiaczu niklowym w temperaturze 60 stopni Celsjusza na 10 sekund, aby usunąć pozostałą warstwę niklu, a następnie spłucz wodą dejonizowaną i wysusz suszarką przy użyciu azotu. Na koniec piecz próbkę na gorącej płycie w temperaturze 120 stopni Celsjusza przez 30 minut. Reprezentatywne wyniki pokazują przeniesiony grafen CVD charakteryzujący się mikroskopią Ramana i siłami atomowymi.

Pijak G i dwuwymiarowe piki obrazu Ramana dostarczają wyczerpujących informacji na temat istnienia i jakości przenoszonego grafenu jednowarstwowego. Rysunek przedstawia bioczujnik EEG FET zintegrowany ze standardową elektrodą referencyjną z chlorku srebra i studzienką polidimetylosiloksanową do przechowywania próbki. Co więcej, powiększony widok kanału grafenowego pokazuje połączenie elektrody źródłowej z ziemią, drenu i elektrod bramki ze źródłem.

PBASE, szeroko stosowany odczynnik funkcjonalizujący grafen, może być absorbowany na powierzchni grafenu poprzez interakcję pi-pi bez uszkadzania właściwości elektrycznych grafenu. Aptamer IgG modyfikowany 5-pierwszymi aminami jest sprzężony z PBASE przez wiązania amidowe między reaktywnym i hydroksy-6 estrem cynamonowym w PBASE a grupą aminową na 5-pierwszym końcu aptameru IgG. Inkubację albuminy surowicy bydlęcej zastosowano w celu zablokowania pozostałych niesprzężonych miejsc po przepłukaniu urządzenia PBS o pojedynczej mocy Rysunek przedstawia wykrywanie IgG w różnych warunkach elektrolitowych.

Jakość grafenu jest kluczem do najlepszej wydajności tego urządzenia. Dlatego podczas wytrawiania plazmowego należy upewnić się, że plazma nie uszkadza użytecznych obszarów grafenu. Ponadto pozostałości PMMA muszą zostać całkowicie oczyszczone, aby uzyskać czystą powierzchnię grafenu.

Funkcjonalne urządzenie wykazuje spójne wyniki w wykrywaniu ludzkich przeciwciał IgG, dzięki czemu procedura może być wykorzystana jako odniesienie do budowy urządzeń z innymi nanomateriałami do badania interakcji międzyfazowych i biodetekcji.