バイオマーカー検出のための電解質依存性グラフェン電界効果トランジスタの開発と機能化

要約

本プロトコルは、電解質依存性グラフェン電界効果トランジスタ(EGGFET)バイオセンサの開発と、バイオマーカー免疫グロブリンG(IgG)検出への応用を実証するものである。

要約

現在の研究では、グラフェンおよびその誘導体が調査され、エレクトロニクス、センシング、エネルギー貯蔵、および光触媒を含む多くの用途に使用されている。高品質、良好な均一性、および低欠陥グラフェンの合成および製造は、高性能および高感度デバイスにとって重要である。多くの合成方法の中で、グラフェンを製造するための主要なアプローチと考えられている化学気相成長法(CVD)は、グラフェン層の数を制御し、高品質のグラフェンを収めることができる。CVDグラフェンは、それが成長した金属基板から絶縁性基板上に転写され、実用的な用途のために必要とされる。しかし、新しい基板へのグラフェンの分離および転写は、グラフェンの構造および特性を損傷または影響することなく均一な層にとって困難である。さらに、電解質依存性グラフェン電界効果トランジスタ(EGGFET)は、その高感度と標準的なデバイス構成のために、様々な生体分子検出におけるその幅広い用途のために実証されている。本稿では、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)支援グラフェン転写アプローチ、グラフェン電界効果トランジスタ(GFET)の作製、バイオマーカー免疫グロブリンG(IgG)検出について紹介する。転写されたグラフェンを特徴付けるために、ラマン分光法および原子間力顕微鏡法を適用した。この方法は、エレクトロニクスまたはバイオセンシングアプリケーション用の絶縁基板上に基礎となるグラフェン格子を維持しながら、クリーンで残留物のないグラフェンを転写するための実用的なアプローチであることが示されている。

概要

グラフェンおよびその誘導体は、エレクトロニクス^1,2、センシング^3,4,5、エネルギー貯蔵^6,7、および光触媒^1,6,8を含む多くの用途に調査され、使用されている。高品質、良好な均一性、および低欠陥グラフェンの合成および製造は、高性能および高感度デバイスにとって重要である。2009年の化学気相成長(CVD)の開発以来、それは巨大な約束を示し、グラフェン^{ファミリー9}、^{10、11、12、13}の不可欠なメンバーとしてその場所を設定しまし....

プロトコル

1. グラフェンの化学気相成長の移送

1. 銅基板上のグラフェンシートをハサミで半分(2.5 cm x 5 cm)に切ります。耐熱テープを貼り、グラフェン四角の四隅をスピナーガスケットに固定します( 材料表参照)。
   注:購入したグラフェンの寸法は5cm x 5cmです( 材料表を参照)。
2. グラフェンのシートを、PMMA 495K A4の薄層(100〜200nm)でスピンコートし、500rpmで10秒間回転させ、次に2000rpmで50秒間回転させる。その後、サンプルを150°Cで5分間ベークする。
3. グラフェンの裏面を酸素プラズマ( 材料表を参照)で30W、15sccmで5分間除去する。
4. プラズマ処理したグラフェンを正方形の正方形に切断し、デバイス作製用です。
5. 事前に洗浄した基板(_SiO2)を、おおよその寸法2.5 cm x 2 cmの小片に切ります。
6. 市販のグラフェンエッチャント(塩化第二鉄)を使用して銅をエッチングオフします( 材料表を参照)。エッチャントを希釈しないでください。銅側を下にしてPMMA側を上にしてサンプルを液体エッチング液に浮かべます。
7. 銅エッチング後、プラズマ処理基板を用いてグラフェン....

結果

代表的な結果は、それぞれラマンおよびAFMによって特徴付けられる転写されたCVDグラフェンを示す。ラマン画像のGピークおよび2Dピークは、転写された単層グラフェン³²の存在および品質に関する包括的な情報を与える(図1)。標準的なリソグラフィープロセス³⁰、³¹は^、図2に示すようにG.......

ディスカッション

銅膜上の購入したCVDグラフェンは、次の製造ステップのために適切なサイズにトリミングする必要があります。フィルムの切断はしわを引き起こす可能性があり、これは防止する必要があります。製造工程で提供されるパラメータは、グラフェンのプラズマエッチングのために参照することができ、これらの数値は、異なる機器を使用する場合に変化させることができる。エッチングされた?.......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
1-pyreneutyric acid N- hydroxysuccinimide ester	Sigma Aldrich	457078-1G	functionalization
Asylum MFP-3D Atomic Force Microscope	Oxford Instruments		graphene characterization
AZ 300 MIF	MicroChemicals	AZ 300 MIF	photoresist developer
AZ 300 MIF	MicroChemicals	AZ 300 MIF	photoresist
Bovine Serum Albumin	Sigma Aldrich	810014	blocking
Branson 1210 Sonicator	SONITEK		sample cleaning
Copper Etchant	Sigma Aldrich	667528-500ML	removing copper film to release graphene
Dimethyl Sulfoxide (DMSO)	VWR	97063-136	functionalization
Disposable Biopsy Punches, Integra Miltex	VWR	21909-144	create well in PDMS
Gold etchant	Gold Etch, TFA, Transene	658148	enchant
Graphene	Graphene supermarket	2" x 2" sheet	biosensing element of the device
IgG aptamer	Base Pair Biotechnologies	customized	bioreceptor
Keithley 4200A-SCS Parameter Analyzer	Tektronix		measurement and detection
KMG CR-6	KMG chemicals	64216	Chromium etchant
Kurt J. Lesker E-beam Evaporator	Kurt J. Lesker		metal deposition
Laurell Technologies 400 Spinners	Laurell Technologies	WS-400BZ-6NPP/LITE	thin film coating
March PX-250 Plasma Asher	March Instruments		sample cleaning
Nickel etchant	Nickel Etchant, TFB, Transene	600016000	etchant
OAI Flood Exposure	OAI		photolithography
Phosphate Buffered Saline (PBS)	Sigma Aldrich	806552-500ML	buffer
PMMA 495K A4	MicroChemicals	PMMA 495K A4	Photoresist for assisting graphene transferring
Polydimethylsiloxane (PDMS)	Sigma Aldrich	Sylgard 184	sample delivery well
Renishaw InVia Raman Microscope	Renishaw		graphene characterization
Sodium Hydroxide (NaOH)	Sigma Aldrich	221465-25G	functionalization
Suss Microtech MA6 Mask Aligner	Suss MicroTec		photolithography
Thermo Scientific Cimarec Hotplate	Thermo Scientific	SP131635	sample and device Baking