Разработка и функционализация графенового полевого транзистора с электролитным покрытием для обнаружения биомаркеров

Метод эффективно удаляет остатки ПММА при сохранении лежащей в основе графеновой решетки. Функциональное устройство показывает последовательные результаты в обнаружении антител IgG в сыворотке крови. Кроме того, протокол обеспечивает реализацию CVD-графена в устройстве биозондирования без меток в режиме реального времени.

Шаги довольно просты и могут быть выполнены с минимальным обучением. Устройство обеспечивает высокую селективность, высокую чувствительность и обнаружение в режиме реального времени по сравнению с другими биозондирующими устройствами Начните с разрезания графенового листа на медной подложке пополам с помощью скальпеля. Нанесите термостойкую ленту, чтобы закрепить четыре угла графенового квадрата на прокладке спиннера.

Спиновое покрытие квадратного листа графена тонким слоем от 100 до 200 нанометров PMMA 495K A4, вращающимся со скоростью 500 оборотов в минуту в течение 10 секунд, а затем 2000 оборотов в минуту в течение 50 секунд. Затем выпекайте образец при температуре 150 градусов Цельсия в течение пяти минут. Удалите обратную сторону графена кислородной плазмой на 30 Вт, используя скорость потока 15 стандартных кубических сантиметров в минуту в течение пяти минут.

Разрежьте обработанный плазмой графеновый квадрат на размер шириной один сантиметр и высотой два сантиметра для изготовления устройства. Предварительно очищенный кремнеземный субстрат разрезать на мелкие кусочки шириной около четырех сантиметров и высотой два сантиметра. Травите медь, используя графеновый травильный хлорид железа без разбавления.

Поместите образец медной стороной вниз и стороной ПММА вверх на жидком травилке. После травления меди медленно поднимите графеновую пленку, используя плазменную подложку. Высушите на воздухе перенесенную графеновую пленку в течение двух часов, затем выпекают на конфорке.

Чтобы удалить ПММА, начните с разогрева образца парами ацетона при 70 градусах Цельсия, удерживая образец примерно на два сантиметра выше паров ацетона в течение четырех минут стороной ПММА лицом вниз. Затем погрузите образец в ацетон на пять минут. Осторожно промойте образец деионизированной водой.

Наконец, осторожно высушите образец азотом. Промыть подложку перенесенным графеном, используя ацетон, изопропиловый спирт и деионизированную воду. Затем выпекайте субстрат на конфорке при 75 градусах Цельсия в течение 30 минут.

Используя электронно-лучевой испаритель, нанесите никель и золото толщиной 5 и 45 нанометров соответственно на образец графена. Нанесите первый процесс фотолитографии с использованием маски А для нанесения рисунка электродов. Спин AZ 5214E положительный фоторезист на образце со скоростью 2000 оборотов в минуту в течение 45 секунд и отверждение образца при 120 градусах Цельсия в течение одной минуты.

Поместите образец в систему воздействия ультрафиолетового наводнения и подвергайте его воздействию в течение примерно 10 секунд под 200 миллиджоулей на квадратный сантиметр. Разработайте образец с помощью фоторезиста-разработчика AZ 300 MIF в течение примерно двух минут, а затем промойте деионизированной водой. Погрузите образец в золотой травил, чтобы вытравить золотой слой на 10 секунд, промыть деионизированной водой и удалить оставшийся слой фоторезиста, погружаясь в ацетон на 10 минут.

Используя ацетон, изопропиловый спирт и деионизированную воду, промыть образец, а затем выпекать на горячей плите при 75 градусах Цельсия в течение 30 минут. Затем примените второй процесс фотолитографии с использованием маски B для формирования графеновых каналов. Погрузите образец в никелевый травиль при температуре 60 градусов Цельсия, чтобы вытравить слой никеля в течение 10 секунд.

Промыть деионизированной водой и высушить феном с использованием азота. Поместите образец в плазменный ашер и удалите открытый графен с помощью кислородной плазмы. Затем удалите слой фоторезиста, погрузив его в ацетон на 10 минут.

Промыть образец ацетоном, IPA и деионизированной водой и выпекать на конфорке при 75 градусах Цельсия в течение 30 минут. Примените третий процесс фотолитографии с использованием маски C для формирования пассивационного слоя фоторезиста для защиты нижележащего графена на подложке. Используйте те же параметры процесса, что и ранее, включая вращение с положительным фоторезистом, отверждение образца и разработку с разработчиком фоторезиста.

Позже погружают образец в никелевый травиль при 60 градусах Цельсия на 10 секунд, чтобы удалить оставшийся слой никеля, а затем промыть деионизированной водой и высушить феном с использованием азота. Наконец, выпекайте образец на горячей плите при температуре 120 градусов Цельсия в течение 30 минут. Репрезентативные результаты показывают перенесенный CVD графен, характеризующийся рамановской и атомно-силовой микроскопией.

Пик G и двумерные пики рамановского изображения дают исчерпывающую информацию о существовании и качестве переданного монослойного графена. На рисунке показан биосенсор ЭЭГ FET, интегрированный со стандартным эталонным электродом серебра в хлориде серебра и полидиметилсилоксановым колодцем для содержания образца. Кроме того, увеличенный вид графенового канала демонстрирует соединение с электродом источника с землей, сливом и затворными электродами с источником.

PBASE, широко используемый реагент функционализации для графена, может поглощаться на поверхности графена через взаимодействие pi-pi без ущерба для электрических свойств графена. 5-прайм-амино-модифицированный аптамер IgG конъюгируется с PBASE амидными связями между реактивным и гидрокси-6 циннамидным эфиром в PBASE и аминной группой на 5-первичном конце аптамера IgG. Инкубация бычьего сывороточного альбумина использовалась для блокирования оставшихся неконъюгированных участков после промывки устройства однопрочным PBS На рисунке показано обнаружение IgG в различных электролитных условиях.

Качество графена является залогом наилучшей производительности этого устройства. Поэтому во время плазменного травления нужно убедиться, что плазма не наносит вреда полезным областям графена. Кроме того, остатки ПММА должны быть полностью очищены, чтобы получить чистую графеновую поверхность.

Функциональное устройство показывает последовательные результаты в обнаружении человеческих антител IgG, поэтому процедура может быть использована в качестве ссылки для создания устройств с другими наноматериалами для изучения интерфейсных взаимодействий и биозондирования.