Desenvolvimento e funcionalização do Transistor de Efeito de Campo de Grafeno Fechado-Eletrólito para Detecção de Biomarcadores

O método remove efetivamente o resíduo pmma, preservando a rede de grafeno subjacente. O dispositivo funcional mostra resultados consistentes na detecção de anticorpos IgG no soro sanguíneo. Além disso, o protocolo garante a implementação do grafeno CVD em um dispositivo de biosenso sem rótulos em tempo real.

Os passos são bem simples e podem ser feitos com treinamento mínimo. O dispositivo oferece alta seletividade, alta sensibilidade e detecção em tempo real sobre outros dispositivos de biosensograma Begin cortando a folha de grafeno em um substrato de cobre ao meio usando um bisturi. Aplique fita resistente ao calor para fixar os quatro cantos do quadrado de grafeno em uma junta giratória.

Gire a folha quadrada do grafeno com uma fina camada de 100 a 200 nanômetros de PMMA 495K A4, girando a 500 rotações por minuto durante 10 segundos e, em seguida, 2.000 rotações por minuto durante 50 segundos. Em seguida, asse a amostra a 150 graus Celsius por cinco minutos. Remova a parte traseira do grafeno com plasma de oxigênio a 30 watts usando um fluxo de taxa de 15 centímetros cúbicos padrão por minuto durante cinco minutos.

Corte o quadrado de grafeno tratado com plasma em uma dimensão de largura de um centímetro e altura de dois centímetros para fabricação do dispositivo. Corte o substrato de sílica pré-limpo em pequenos pedaços com uma largura aproximada de quatro centímetros e altura de dois centímetros. Etch o cobre fora usando o cloreto ferrônico etchante de grafeno sem diluição.

Flutue a amostra com o lado de cobre para baixo e o lado PMMA para cima no etchante líquido. Após a gravura de cobre, levante o filme de grafeno lentamente usando o substrato tratado com plasma. Seque o filme de grafeno transferido por duas horas, depois asse em um prato quente.

Para remover o PMMA, comece aquecendo a amostra com vapor de acetona a 70 graus Celsius, mantendo a amostra aproximadamente dois centímetros acima do vapor de acetona por quatro minutos com o lado PMMA voltado para baixo. Em seguida, mergulhe a amostra em acetona por cinco minutos. Lave a amostra com água deionizada com cautela.

Finalmente, seque suavemente a amostra com nitrogênio. Lave o substrato com o grafeno transferido usando acetona, álcool isopropílico e água deionizada. Em seguida, asse o substrato em uma placa quente a 75 graus Celsius por 30 minutos.

Usando um evaporador de feixe de elétrons, deposite níquel e ouro de 5 e 45 nanômetros de espessura, respectivamente, na amostra de grafeno. Aplique o primeiro processo de fotolitografia utilizando a máscara A para a padronização dos eletrodos. Gire fotoresist positivo AZ 5214E na amostra a 2.000 rotações por minuto durante 45 segundos e cure a amostra a 120 graus Celsius por um minuto.

Coloque a amostra no sistema de exposição a inundações ultravioletas e exponha-a por aproximadamente 10 segundos abaixo de 200 miljoules por centímetro quadrado. Desenvolva a amostra com um desenvolvedor fotoresistista AZ 300 MIF por aproximadamente dois minutos e, em seguida, enxágue com água deionizada. Mergulhe a amostra em um etchant dourado para gravar a camada de ouro por 10 segundos, enxaguar com água desionizada e remover a camada fotoresista restante imergindo em acetona por 10 minutos.

Usando acetona, álcool isopropílico e água desionizada, lave a amostra seguida de cozimento em uma placa quente a 75 graus Celsius por 30 minutos. Em seguida, aplique o segundo processo de fotolitografia usando a máscara B para padronizar os canais de grafeno. Mergulhe a amostra em níquel etchant a 60 graus Celsius para gravar a camada de níquel por 10 segundos.

Enxágüe com água deionizada e seque com nitrogênio. Coloque a amostra no asher plasma e remova o grafeno exposto usando plasma de oxigênio. Mais tarde, remova a camada fotoresistista imergindo em acetona por 10 minutos.

Lave a amostra usando acetona, IPA e água desionizada e leve ao forno em uma placa quente a 75 graus Celsius por 30 minutos. Aplique o terceiro processo de fotolitografia usando a máscara C para padronizar a camada fotoresist de passivação para proteger o grafeno subjacente no substrato. Use os mesmos parâmetros de processo mencionados anteriormente, incluindo girar com fotoresist positivo, curar a amostra e desenvolver-se com desenvolvedor fotoresist.

Mais tarde, mergulhe a amostra em níquel etchant a 60 graus Celsius por 10 segundos para remover a camada de níquel restante, e depois enxágue com água deionizada e seque com nitrogênio. Por fim, asse a amostra em uma placa quente a 120 graus Celsius por 30 minutos. Os resultados representativos mostram o grafeno DCD transferido caracterizado por Raman e microscopia de força atômica.

O pico G e os picos bidimensionais da imagem de Raman dão informações abrangentes sobre a existência e a qualidade do grafeno monocamado transferido. A figura mostra o biosensor EEG FET integrado com uma prata padrão em eletrodo de referência de cloreto de prata e um poço de siloxano de polidimtila para conter a amostra. Além disso, a visão ampliada do canal de grafeno demonstra a conexão com o eletrodo de origem ao solo, ao dreno e aos eletrodos do portão à fonte.

PBASE, um reagente de funcionalização amplamente utilizado para grafeno, pode ser absorvido na superfície do grafeno através de uma interação pi-pi sem danificar as propriedades elétricas do grafeno. Um aptamer IgG 5-prime modificado é conjugado com PBASE pelas ligações de ligação entre o éster de cinnamida reativa e hidroxy-6 no PBASE, e o grupo de amina na extremidade 5-prime do aptamer IgG. A incubação de álbuns de soro bovino foi usada para bloquear os locais restantes não julgados depois de enxaguar o dispositivo com PBS de força única A figura mostra a detecção de IgG em diferentes condições de eletrólitos.

A qualidade do grafeno é a chave para o melhor desempenho deste dispositivo. Assim, durante a gravação de plasma, é preciso garantir que o plasma não prejudique as regiões úteis do grafeno. Além disso, os resíduos pmma precisam ser completamente limpos para obter uma superfície de grafeno limpa.

O dispositivo funcional mostra resultados consistentes na detecção de anticorpos IgG humanos, de modo que o procedimento pode ser usado como referência para construir dispositivos com outros nanomateriais para estudar interações de interface e biosensação.