Настоящий протокол демонстрирует разработку биосенсора полевого транзистора графена с электролитным покрытием (EGGFET) и его применение в детектировании биомаркеров иммуноглобулина G (IgG).
Методическая статья
Настоящий протокол демонстрирует разработку биосенсора полевого транзистора графена с электролитным покрытием (EGGFET) и его применение в детектировании биомаркеров иммуноглобулина G (IgG).
В текущем исследовании графен и его производные были исследованы и использованы для многих применений, включая электронику, зондирование, хранение энергии и фотокатализ. Синтез и изготовление графена высокого качества, хорошей однородности и низких дефектов имеют решающее значение для высокопроизводительных и высокочувствительных устройств. Среди многих методов синтеза химическое осаждение из паровой фазы (CVD), считающееся ведущим подходом к производству графена, может контролировать количество слоев графена и давать высококачественный графен. CVD графен должен быть перенесен с металлических подложек, на которых он выращивается, на изоляционные подложки для практического применения. Однако разделение и перенос графена на новые подложки являются проблемой для однородного слоя без повреждения или влияния на структуры и свойства графена. Кроме того, графеновый полевой транзистор с электролитным покрытием (EGGFET) был продемонстрирован для его широкого применения в различных биомолекулярных обнаружениях из-за его высокой чувствительности и стандартной конфигурации устройства. В этой статье продемонстрированы поли (метилметакрилат) (ПММА) с помощью графена, изготовление графенового полевого транзистора (GFET) и обнаружение биомаркера иммуноглобулина G (IgG). Рамановская спектроскопия и атомно-силовая микроскопия были применены для характеристики переносимого графена. Показано, что метод является практическим подходом к переносу чистого и безостаткового графена при сохранении лежащей в основе графеновой решетки на изолирующей подложке для электроники или биозондирования.
Графен и его производные были исследованы и использованы для многих применений, включая электронику 1,2, зондирование 3,4,5, хранение энергии 6,7 и фотокатализ 1,6,8. Синтез и изготовление графена высокого качества, хорошей однородности и низких дефектов имеют решающее значение для высокопроизводительных и высокочувствительных устройств. С момента разработки химического осаждения из паровой фазы (CVD) в 2009 году он показал колоссальные перспективы и занял свое место в качестве важного члена семейства графенов 9,10,11,12,13. Его выращивают на металлической подложке, а затем для практического использования переносят на изоляционные подложки14. В последнее время для переноса CVD графена используется несколько методов переноса. Метод с поддержкой поли (метилметакрилата) (ПММА) является наиболее используемым среди различных методов. Этот метод особенно хорошо подходит для промышленного использования из-за его крупномасштабных возможностей, более низкой стоимости и высокого качества передаваемого графена14,15. Критическим аспектом этого метода является избавление от остатков ПММА для применения CVD графена, поскольку остатки могут вызывать снижение электронных свойств графена 14,15,16, оказывать влияние на чувствительность и производительность биосенсоров 17,18 и создавать значительные вариации от устройства к устройству19.
Биосенсоры на основе наноматериалов были значительно исследованы за последние десятилетия, включая кремниевую нанопроволоку (SiNW), углеродные нанотрубки (CNT) и графен20. Благодаря своей одноатомнослойной структуре и отличительным свойствам графен демонстрирует превосходные электронные характеристики, хорошую биосовместимость и легкую функционализацию, что делает его привлекательным материалом для разработки биосенсоров 14,21,22,23. Благодаря характеристикам полевых транзисторов (FET), таким как высокая чувствительность, стандартная конфигурация и экономичная массовая производительность21,24, FET является более предпочтительным в портативных реализациях и реализациях в местах оказания медицинской помощи, чем другие электронные биозондирующие устройства. Биосенсоры графеновых полевых транзисторов с электролитным покрытием (EGGFET) являются примерами заявленных FETs21,24. EGGFET может обнаруживать различные целевые аналиты, такие как нуклеиновые кислоты25, белки 24,26, метаболиты27 и другие биологически значимые аналиты28. Метод, упомянутый здесь, обеспечивает реализацию CVD-графена в биосенсорном наноэлектронном устройстве без меток, которое обеспечивает более высокую чувствительность и точное определение времени по сравнению с другими биосенсорными устройствами29.
В этой работе продемонстрирован общий процесс разработки биосенсора EGGFET и его функционализации для обнаружения биомаркеров, включая перенос CVD-графена на изолирующую подложку, рамановскую и AFM-характеристики переносимого графена. Кроме того, здесь также обсуждаются изготовление EGGFET и интеграция с полидиметилсилоксаном (PDMS) для доставки образцов, функционализация биорецепторов и успешное обнаружение иммуноглобулина человека G (IgG) из сыворотки путем экспериментов по спайку и восстановлению.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Перенос химического осаждения графена из паровой фазы
2. Изготовление графенового полевого транзистора (GFET)
3. Функционализация GFET для обнаружения IgG
4. Обнаружение IgG
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Репрезентативные результаты показывают перенесенный CVD графен, характеризующийся рамановским и AFM, соответственно. Пик G и 2D-пики рамановского изображения дают исчерпывающую информацию о существовании и качестве переданного монослоя графена32 (рисунок 1). Для изготовления устройства GFET были применены стандартные литографические процессы 30,31, как показано на рисунке 2.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Приобретенный CVD графен на медной пленке должен быть обрезан до нужного размера для следующих этапов изготовления. Разрезание пленок может вызвать сморщивание, которое необходимо предотвратить. Параметры, указанные на этапе изготовления, могут быть отнесены к плазменному травлению графена, и эти числа могут варьироваться при использовании различных инструментов. Травленный образец должен тщательно контролироваться и проверяться для обеспечения полного травления графена. Для очистки субстратов могут быть применены нескол...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конкурирующих интересов или конфликтующих интересов для раскрытия.
Эксперименты проводились в Университете Западной Вирджинии. Мы выражаем признательность За использование общих исследовательских центров в Университете Западной Вирджинии для изготовления устройств и определения характеристик материалов. Эта работа была поддержана Национальным научным фондом США в рамках гранта No. NSF1916894.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 1-пиренейтировая кислота N-гидроксисукцинимид эфир | Sigma Aldrich | 457078-1G | функционализация |
| Asylum MFP-3D Атомно-силовой микроскоп | Oxford Instruments | характеристик графена | |
| AZ 300 MIF | MicroChemicals | AZ 300 MIF | проявитель фоторезиста |
| AZ 300 MIF | MicroChemicals | AZ 300 MIF | фоторезист |
| Бычья сыворотка Альбумин | Sigma Aldrich | 810014 | блокирует |
| Branson 1210 Sonicator | SONITEK | Очистка образцов | |
| Copper Etchant | Sigma Aldrich | 667528-500ML | удаление медной пленки для высвобождения графена |
| Диметилсульфоксид (ДМСО) | VWR | 97063-136 | функционализация |
| Одноразовые биопсийные пуансоны, Integra Miltex | VWR | 21909-144 | создать хорошо в PDMS |
| Золото травление | Золото Травление, TFA, Трансен | 658148 | зачаровать |
| Графен | Графен Супермаркет | 2" х 2" лист | биосенсорный элемент прибора |
| IgG аптамер | Пара оснований Биотехнологии | индивидуальные | биорецепторы |
| Keithley 4200A-SCS Анализатор параметров | Tektronix | измерение и обнаружение | |
| КМГ CR-6 | КМГ химикаты | 64216 | Хромовый травитель |
| Kurt J. Lesker Электронно-лучевой испаритель | Kurt J. Lesker | осаждение металла | |
| Laurell Technologies 400 Спиннеры | Laurell Technologies | WS-400BZ-6NPP/LITE | тонкопленочное покрытие |
| March PX-250 Плазменный Asher | March Instruments | очистка проб | |
| Никель травление | Травление никеля, TFB, транзол | 600016000 | травление |
| OAI Воздействие наводнения | OAI | Фотолитография | |
| Фосфатный буферный раствор (PBS) | Sigma Aldrich | 806552-500ML | буфер |
| PMMA 495K A4 | MicroChemicals | PMMA 495K A4 | Фоторезист для помощи в переносе графена |
| Полидиметилсилоксан (PDMS) | Sigma Aldrich | Sylgard 184 | скважина для доставки образцов |
| Renishaw InVia Рамановский микроскоп | Renishaw | характеристик графена | |
| Гидроксид натрия (NaOH) | Sigma Aldrich | 221465-25G | функционализация |
| Suss Microtech MA6 Маска Aligner | Suss MicroTec | фотолитография | |
| Thermo Scientific Cimarec Hotplate | Thermo Scientific | SP131635 | образец и устройство для выпечки |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение