Utvikling og funksjonalisering av elektrolyttportet grafen felteffekttransistor for biomarkørdeteksjon

Metoden fjerner effektivt PMMA-rester samtidig som det underliggende grafengitteret bevares. Den funksjonelle enheten viser konsistente resultater i å oppdage IgG-antistoffer i blodserum. Protokollen sikrer også implementering av CVD-grafen i en etikettfri biosensing-enhet i sanntid.

Trinnene er ganske enkle og kan gjøres med minimal trening. Enheten tilbyr høy selektivitet, høy følsomhet og sanntidsdeteksjon over andre biosensing-enheter Begynn med å kutte grafenarket på et kobbersubstrat i halvparten ved hjelp av en skalpell. Påfør varmebestandig tape for å fikse de fire hjørnene av grafentorget på en spinnerpakning.

Snurr det firkantede arket i grafenen med et tynt lag på 100 til 200 nanometer PMMA 495K A4, spinner med 500 rotasjoner per minutt i 10 sekunder, og deretter 2000 rotasjoner per minutt i 50 sekunder. Deretter baker du prøven ved 150 grader Celsius i fem minutter. Fjern baksiden av grafen med oksygenplasma ved 30 watt ved hjelp av en hastighetsstrøm på 15 standard kubikkcentimeter per minutt i fem minutter.

Klipp den plasmabehandlede grafenplassen i en dimensjon på en centimeter bredde og to centimeter høyde for enhetsproduksjon. Klipp det forhåndsrengjorte silikasubstratet i små biter med en omtrentlig fire centimeter bredde og to centimeter høyde. Ets kobberet ved hjelp av grafen etchant jernklorid uten fortynning.

Flyt prøven med kobbersiden ned og PMMA-siden opp på væskeets etchant. Etter kobberetsing løfter du grafenfilmen sakte ved hjelp av det plasmabehandlede substratet. Lufttørk den overførte grafenfilmen i to timer, og stek deretter på en varm tallerken.

For å fjerne PMMA, start med å varme opp prøven med acetondamp ved 70 grader Celsius ved å holde prøven omtrent to centimeter over acetondamp i fire minutter med PMMA-siden vendt ned. Senk deretter prøven i aceton i fem minutter. Vask prøven med deionisert vann forsiktig.

Til slutt, blås forsiktig tørr prøven med nitrogen. Vask substratet med det overførte grafen ved hjelp av aceton, isopropylalkohol og deionisert vann. Deretter baker du substratet på en varm tallerken ved 75 grader Celsius i 30 minutter.

Ved hjelp av en elektronstrålefordamper, deponer nikkel og gull på henholdsvis 5 og 45 nanometertykkelse på grafenprøven. Påfør den første fotolitografiprosessen ved hjelp av maske A for mønster av elektrodene. Spinn AZ 5214E positiv fotoresist på prøven ved 2000 rotasjoner per minutt i 45 sekunder og kurer prøven ved 120 grader Celsius i ett minutt.

Plasser prøven i det ultrafiolette flomeksponeringssystemet og utsett den i omtrent 10 sekunder under 200 millijoule per kvadratcentimeter. Utvikle prøven med en fotoresistutvikler AZ 300 MIF i omtrent to minutter og skyll deretter med deionisert vann. Senk prøven i en gulleterkant for å etse gulllaget i 10 sekunder, skyll med deionisert vann, og fjern det gjenværende fotoresistlaget ved å fordype seg i aceton i 10 minutter.

Bruk aceton, isopropylalkohol og deionisert vann, vask prøven etterfulgt av baking på en varm plate ved 75 grader Celsius i 30 minutter. Bruk deretter den andre fotolittografiprosessen ved hjelp av maske B for å mønstre grafenkanalene. Senk prøven i nikkel etchant ved 60 grader Celsius for å etse nikkellaget i 10 sekunder.

Skyll med deionisert vann og blås tørt med nitrogen. Plasser prøven i plasma asher og fjern den eksponerte grafen ved hjelp av oksygenplasma. Senere fjerner du fotoresistlaget ved å fordype seg i aceton i 10 minutter.

Vask prøven med aceton, IPA og deionisert vann og stek på en varm plate ved 75 grader Celsius i 30 minutter. Bruk den tredje fotolitografiprosessen ved hjelp av maskE C for å mønstre passivasjonsfotoresistlaget for å beskytte det underliggende grafen på underlaget. Bruk de samme prosessparametrene som tidligere nevnt, inkludert spinning med positiv fotoresist, herding av prøven og utvikling med fotoresistutvikler.

Senk senere prøven i nikkel etchant ved 60 grader Celsius i 10 sekunder for å fjerne det gjenværende nikkellaget, og skyll deretter med deionisert vann og blås tørt ved hjelp av nitrogen. Til slutt baker du prøven på en varm tallerken ved 120 grader Celsius i 30 minutter. De representative resultatene viser den overførte CVD grafen preget av Raman og atomkraftmikroskopi.

G-toppen og de todimensjonale toppene i Raman-bildet gir omfattende informasjon om eksistensen og kvaliteten på den overførte monolayergrafen. Figuren viser EEG FET biosensor integrert med et standard sølv i sølvkloridreferanseelektrode og en polydimetylsiloksanbrønn for å inneholde prøven. Videre demonstrerer den forstørrede visningen av grafenkanalen forbindelsen til kildeelektroden til bakken, avløpet og portelektrodene til kilden.

PBASE, et mye brukt funksjonaliseringsreagens for grafen, kan absorberes på grafenoverflaten gjennom en pi-pi interaksjon uten å skade grafenens elektriske egenskaper. En 5-prime amino-modifisert IgG aptamer er konjugert med PBASE av amide bond linkages mellom reaktive og hydroxy-6 cinnamide ester i PBASE, og amine gruppen på 5-prime enden av IgG aptamer. Bovine serum albumin inkubasjon ble brukt til å blokkere de gjenværende ukonjugede stedene etter skylling av enheten med en-styrke PBS Figuren viser IgG-deteksjon under forskjellige elektrolyttforhold.

Kvaliteten på grafen er nøkkelen til den beste ytelsen til denne enheten. Så under plasmaetsing må det sikres at plasmaet ikke skader de nyttige områdene i grafen. Også PMMA-rester må rengjøres helt for å få en ren grafenoverflate.

Den funksjonelle enheten viser konsistente resultater i å oppdage menneskelig IgG-antistoff, slik at prosedyren kan brukes som referanse for å bygge enheter med andre nanomaterialer for å studere grensesnittinteraksjoner og biosensing.