Name: development and functionalization of electrolyte-gated graphene field-effect transistor for biomarker detection
Uploaded: 2022-02-01T14:20:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Development and Functionalization of Electrolyte-Gated Graphene Field-Effect Transistor for Biomarker Detection at JoVE.com

Eksperimenterne blev udført på West Virginia University. Vi anerkender de delte forskningsfaciliteter ved West Virginia University for enhedsfabrikation og materialekarakterisering. Dette arbejde blev støttet af US National Science Foundation under Grant No. NSF1916894.

1. Overførsel af kemisk dampaflejring af grafen
<ol><li>Skær grafenarket på et kobbersubstrat i halvdelen (2,5 cm x 5 cm) ved hjælp af en saks. Påfør varmebestandig tape for at fastgøre de fire hjørner af grafenfirkanten på en spinnerpakning (se Materialetabel). BEMÆRK: Den købte grafen har en dimension på 5 cm x 5 cm (se Materialetabel).</li>
	<li>Spin-coat grafenarket med et tyndt lag (100-200 nm) PMMA 495K A4, der spinder ved 500 o / min i 10 s og der...

<ol>
	<li>Saini, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+functionalization+of+graphene+and+application+in+electrochemical+biosensing.">Synthesis and functionalization of graphene and application in electrochemical biosensing.</a> Nanotechnology Reviews. 5 (4), 393-416 (2016).</li><li>Emtsev, K. V., Bostwick, A., Horn, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+wafer-size+graphene+layers+by+atmospheric+pressure+graphitization+of+silicon+carbide.">Towards wafer-size graphene layers by atmospheric pressure graphitization of silicon carbide.</a> Nature Materials. 8 (3), 203-207 (2009).</li><li>Wang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+delamination+of+CVD-grown+graphene+film:+Toward+the+recyclable+use+of+copper+catalyst.">Electrochemical delamination of CVD-grown graphene film: Toward the recyclable use of copper catalyst.</a> ACS Nano. 5 (12), 9927-9933 (2011).</li><li>Carvalho Fernandes, D. C., Lynch, D., Berry, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D-printed+graphene/polymer+structures+for+electron-tunneling+based+devices.">3D-printed graphene/polymer structures for electron-tunneling based devices.</a> Scientific Reports. 10 (1), 1-8 (2020).</li><li>Gao, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repeated+growth+and+bubbling+transfer+of+graphene+with+millimetre-size+single-crystal+grains+using+platinum.">Repeated growth and bubbling transfer of graphene with millimetre-size single-crystal grains using platinum.</a> Nature Communications. 3, 699 (2012).</li><li>Singh, J., Rathi, A., Rawat, M., Gupta, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene:+From+synthesis+to+engineering+to+biosensor+applications.">Graphene: From synthesis to engineering to biosensor applications.</a> Frontiers of Materials Science. 12 (1), 1-20 (2018).</li><li>Randviir, E. P., Brownson, D. A. C., Banks, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+decade+of+graphene+research:+Production,+applications+and+outlook.">A decade of graphene research: Production, applications and outlook.</a> Materials Today. 17 (9), 426-432 (2014).</li><li>Suvarnaphaet, P., Pechprasarn, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene-based+materials+for+biosensors:+A+review.">Graphene-based materials for biosensors: A review.</a> Sensors (Switzerland). 17 (10), 2161 (2017).</li><li>Li, X., Cai, W., An, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-area+synthesis+of+high-quality+and+uniform+graphene+films+on+copper+foils.">Large-area synthesis of high-quality and uniform graphene films on copper foils.</a> Science. 324 (5932), 1312-1314 (2009).</li><li>Yu, Q., Lian, J., Siriponglert, S., Li, H., Chen, Y. P., Pei, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+segregated+on+Ni+surfaces+and+transferred+to+insulators.">Graphene segregated on Ni surfaces and transferred to insulators.</a> Applied Physics Letters. 93 (11), 113103 (2008).</li><li>Xu, S. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+synthesis+of+graphene+on+SiO2+substrates+by+chemical+vapor+deposition.">Direct synthesis of graphene on SiO2 substrates by chemical vapor deposition.</a> CrystEngComm. 15 (10), 1840-1844 (2013).</li><li>Zhang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facile+synthesis+of+graphene+on+dielectric+surfaces+using+a+two-temperature+reactor+CVD+system.">Facile synthesis of graphene on dielectric surfaces using a two-temperature reactor CVD system.</a> Nanotechnology. 24 (39), 395603 (2013).</li><li>Zhang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+formation+of+graphene-carbon+nanotubes+hybrid+on+SiO2+substrate+via+chemical+vapor+deposition.">Direct formation of graphene-carbon nanotubes hybrid on SiO2 substrate via chemical vapor deposition.</a> Science of Advanced Materials. 6 (2), 399-404 (2014).</li><li>Sun, J., Finklea, H. O., Liu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+and+electrolytic+cleaning+of+poly(methyl+methacrylate)+residues+on+transferred+chemical+vapor+deposited+graphene.">Characterization and electrolytic cleaning of poly(methyl methacrylate) residues on transferred chemical vapor deposited graphene.</a> Nanotechnology. 28 (12), 125703 (2017).</li><li>Lin, Y. C., Lu, C. C., Yeh, C. H., Jin, C., Suenaga, K., Chiu, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+annealing:+How+clean+can+it+be.">Graphene annealing: How clean can it be.</a> Nano Letters. 12 (1), 414-419 (2012).</li><li>Pirkle, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+chemical+residues+on+the+physical+and+electrical+properties+of+chemical+vapor+deposited+graphene+transferred+to+SiO2.">The effect of chemical residues on the physical and electrical properties of chemical vapor deposited graphene transferred to SiO2.</a> Applied Physics Letters. 99 (12), 122108 (2011).</li><li>Chen, T. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+detection+of+DNA+hybridization+using+transistors+based+on+CVD+grown+graphene.">Label-free detection of DNA hybridization using transistors based on CVD grown graphene.</a> Biosensors and Bioelectronics. 41 (1), 103-109 (2013).</li><li>Xu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+growth+of+graphene+on+quartz+substrates+for+label-free+detection+of+adenosine+triphosphate.">Direct growth of graphene on quartz substrates for label-free detection of adenosine triphosphate.</a> Nanotechnology. 25 (16), 165702 (2014).</li><li>Dan, Y., Lu, Y., Kybert, N. J., Luo, Z., Johnson, A. T. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrinsic+response+of+graphene+vapor+sensors.">Intrinsic response of graphene vapor sensors.</a> Nano Letters. 9 (4), 1472-1475 (2009).</li><li>Zhang, A., Lieber, C. M. -. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nano-Bioelectronics.">Nano-Bioelectronics.</a> Chemical Reviews. 116 (1), 215-257 (2015).</li><li>Forsyth, R., Devadoss, A., Guy, O. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+Field+effect+transistors+for+biomedical+applications:+Current+status+and+future+prospects.">Graphene Field effect transistors for biomedical applications: Current status and future prospects.</a> Diagnostics (Basel). 7 (3), 45 (2017).</li><li>Dankerl, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+solution-gated+field-effect+transistor+array+for+sensing+applications.">Graphene solution-gated field-effect transistor array for sensing applications.</a> Advanced Functional Materials. 20 (18), 3117-3124 (2010).</li><li>He, Q., Wu, S., Yin, Z., Zhang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+-based+electronic+sensors.">Graphene -based electronic sensors.</a> Chemical Science. 3 (6), 1764-1772 (2012).</li><li>Sun, J., Liu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Matrix+effect+study+and+immunoassay+detection+using+electrolyte-gated+graphene+biosensor.">Matrix effect study and immunoassay detection using electrolyte-gated graphene biosensor.</a> Micromachines. 9 (4), 142 (2018).</li><li>Mohanty, N., Berry, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene-based+single-bacterium+resolution+biodevice+and+DNA+transistor:+Interfacing+graphene+derivatives+with+nanoscale+and+microscale+biocomponents.">Graphene-based single-bacterium resolution biodevice and DNA transistor: Interfacing graphene derivatives with nanoscale and microscale biocomponents.</a> Nano Letters. 8 (12), 4469-4476 (2008).</li><li>Ohno, Y., Maehashi, K., Yamashiro, Y., Matsumoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrolyte-gated+graphene+field-effect+transistors+for+detecting+pH+and+protein+adsorption.">Electrolyte-gated graphene field-effect transistors for detecting pH and protein adsorption.</a> Nano Letters. 9 (9), 3318-3322 (2009).</li><li>Huang, Y., Dong, X., Shi, Y., Li, C. M., Li, L. J., Chen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoelectronic+biosensors+based+on+CVD+grown+graphene.">Nanoelectronic biosensors based on CVD grown graphene.</a> Nanoscale. 2 (8), 1485-1488 (2010).</li><li>Jiang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+electrical+detection+of+nitric+oxide+in+biological+systems+with+sub-nanomolar+sensitivity.">Real-time electrical detection of nitric oxide in biological systems with sub-nanomolar sensitivity.</a> Nature Communications. 4 (1), 1-7 (2013).</li><li>Bai, Y., Xu, T., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene-based+biosensors+for+detection+of+biomarkers.">Graphene-based biosensors for detection of biomarkers.</a> Micromachines. 11 (1), 60 (2020).</li><li>Madou, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fundamentals of Microfabrication The Science of Miniaturization. 2nd ed. , (2002).</li><li>Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+lithography.">Soft lithography.</a> Annual Review of Material Sciences. 28 (1), 153-184 (2003).</li><li>Wang, Y. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raman+studies+of+monolayer+graphene:+The+substrate+effect.">Raman studies of monolayer graphene: The substrate effect.</a> Journal of Physical Chemistry C. 112 (29), 10637-10640 (2008).</li><li>Betancur, V., Sun, J., Wu, N., Liu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrated+lateral+flow+device+for+flow+control+with+blood+separation+and+biosensing.">Integrated lateral flow device for flow control with blood separation and biosensing.</a> Micromachines. 8 (12), 367 (2017).</li><li>Butt, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Physics and Chemistry of Interfaces. 3rd ed. , (2003).</li><li>Sitko, R., Zawisza, B., Malicka, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+as+a+new+sorbent+in+analytical+chemistry.">Graphene as a new sorbent in analytical chemistry.</a> TrAC Trends in Analytical Chemistry. 51, 33-43 (2013).</li><li>Bai, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+for+energy+storage+and+conversion:+Synthesis+and+Interdisciplinary+applications.">Graphene for energy storage and conversion: Synthesis and Interdisciplinary applications.</a> Electrochemical Energy Reviews. 3 (2), 395-430 (2019).</li><li>Boretti, A., Al-Zubaidy, S., Vaclavikova, M., Al-Abri, M., Castelletto, S., Mikhalovsky, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Outlook+for+graphene-based+desalination+membranes.">Outlook for graphene-based desalination membranes.</a> npj Clean Water. 1 (1), 1-11 (2018).</li><li>Pumera, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+in+biosensing.">Graphene in biosensing.</a> Materials Today. 14 (7-8), 308-315 (2011).</li><li>Sun, J., Liu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unique+constant+phase+element+behavior+of+the+electrolyte-graphene+interface.">Unique constant phase element behavior of the electrolyte-graphene interface.</a> Nanomaterials. 9 (7), 923 (2019).</li><li>Sun, J., Camilli, L., Caridad, J. M., Santos, J. E., Liu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spontaneous+adsorption+of+ions+on+graphene+at+the+electrolyte-graphene+interface.">Spontaneous adsorption of ions on graphene at the electrolyte-graphene interface.</a> Applied Physics Letters. 117 (20), 203102 (2020).</li></ol>

Den købte CVD-grafen på kobberfilm skal trimmes til den rigtige størrelse til følgende fremstillingstrin. Skæring af filmene kan forårsage rynker, som skal forhindres. Parametrene i fremstillingstrinnet kan henvises til plasmaætsning af grafen, og disse tal kan varieres, når der anvendes forskellige instrumenter. Den ætsede prøve skal overvåges nøje og inspiceres for at sikre fuldstændig grafenætsning. Flere forrensningsmetoder kan anvendes til rengøring af substraterne, såsom sonikering i acetone, IPA og...

Grafen og dets derivater er blevet undersøgt og anvendt til mange anvendelser, herunder elektronik 1,2, sensing 3,4,5, energilagring 6,7 og fotokatalyse 1,6,8. Syntese og fremstilling af grafen af høj kvalitet, god ensartethed og lave defekter er afgørende for højtydende og meget følsomme enheder. Siden udviklingen af kemisk dampaflejring (CVD) i 2009 har den vist kolossalt løfte og sat sin plads som et væsentligt medlem af grafenfamilien 9,10,11,12,13. Den dyrkes på et metalsubstrat og overføres senere til praktiske anvendelser til isolerende underlag14. Flere overførselsmetoder er blevet brugt til at overføre CVD-grafen for nylig. Den poly (methylmethacrylat) (PMMA) assisterede metode er den mest anvendte blandt de forskellige teknikker. Denne metode er særligt velegnet til industriel brug på grund af dens store kapacitet, lavere omkostninger og høje kvalitet af den overførte grafen14,15. Det kritiske aspekt af denne metode er at slippe af med PMMA-resten til CVD-grafens anvendelser, fordi resterne kan forårsage deklination af grafens elektroniske egenskaber 14,15,16, forårsage en effekt på biosensorernes følsomhed og ydeevne 17,18 og skabe betydelige enheds-til-enhed-variationer19.
Nanomaterialebaserede biosensorer er blevet undersøgt betydeligt i løbet af de seneste årtier, herunder siliciumnanotråd (SiNW), kulstofnanorør (CNT) og grafen20. På grund af sin enkeltatomlagsstruktur og karakteristiske egenskaber demonstrerer grafen overlegne elektroniske egenskaber, god biokompatibilitet og let funktionalisering, hvilket gør det til et attraktivt materiale til udvikling af biosensorer 14,21,22,23. På grund af felteffekttransistorer (FET) egenskaber såsom høj følsomhed, standardkonfiguration og omkostningseffektiv masseproducerbarhed21,24 foretrækkes FET mere i bærbare og point-of-care-implementeringer end andre elektronikbaserede biosensing-enheder. De elektrolyt-gated grafenfelt-effekt transistor (EGGFET) biosensorer er eksempler på de angivne FETs 21,24. EGGFET kan påvise forskellige målretningsanalytter såsom nukleinsyrer25, proteiner 24,26, metabolitter27 og andre biologisk relevante analytter28. Den teknik, der er nævnt her, sikrer implementeringen af CVD-grafen i en mærkningsfri biosenserende nanoelektronikenhed, der giver højere følsomhed og nøjagtig tidsdetektion i forhold til andre biosensing-enheder29.
I dette arbejde demonstreres en overordnet proces til udvikling af en EGGFET-biosensor og funktionalisering af den til biomarkørdetektion, herunder overførsel af CVD-grafen til et isolerende substrat, Raman og AFM-karakteriseringer af den overførte grafen. Desuden diskuteres fremstilling af EGGFET og integration med en polydimethylsiloxan (PDMS) prøveleveringsbrønde, bioreceptorfunktionalisering og vellykket påvisning af humant immunglobulin G (IgG) fra serum ved spike-and-recovery eksperimenter også her.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1-pyreneutyric acid N- hydroxysuccinimide ester</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>457078-1G</td>
			<td>functionalization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Asylum MFP-3D Atomic Force Microscope</td>
			<td>Oxford Instruments</td>
			<td></td>
			<td>graphene characterization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZ 300 MIF</td>
			<td>MicroChemicals</td>
			<td>AZ 300 MIF</td>
			<td>photoresist developer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZ 300 MIF</td>
			<td>MicroChemicals</td>
			<td>AZ 300 MIF</td>
			<td>photoresist</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Serum Albumin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>810014</td>
			<td>blocking</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Branson 1210 Sonicator</td>
			<td>SONITEK</td>
			<td></td>
			<td>sample cleaning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper Etchant</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>667528-500ML</td>
			<td>removing copper film to release graphene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl Sulfoxide (DMSO)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>97063-136</td>
			<td>functionalization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable Biopsy Punches, Integra Miltex</td>
			<td>VWR</td>
			<td>21909-144</td>
			<td>create well in PDMS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold etchant</td>
			<td>Gold Etch, TFA, Transene</td>
			<td>658148</td>
			<td>enchant</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphene</td>
			<td>Graphene supermarket</td>
			<td>2&#34; x 2&#34; sheet</td>
			<td>biosensing element of the device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IgG aptamer</td>
			<td>Base Pair Biotechnologies</td>
			<td>customized</td>
			<td>bioreceptor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Keithley 4200A-SCS Parameter Analyzer</td>
			<td>Tektronix</td>
			<td></td>
			<td>measurement and detection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KMG CR-6</td>
			<td>KMG chemicals</td>
			<td>64216</td>
			<td>Chromium etchant</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kurt J. Lesker E-beam Evaporator</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td></td>
			<td>metal deposition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laurell Technologies 400 Spinners</td>
			<td>Laurell Technologies</td>
			<td>WS-400BZ-6NPP/LITE</td>
			<td>thin film coating</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>March PX-250 Plasma Asher</td>
			<td>March Instruments</td>
			<td></td>
			<td>sample cleaning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nickel etchant</td>
			<td>Nickel Etchant, TFB, Transene</td>
			<td>600016000</td>
			<td>etchant</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OAI Flood Exposure</td>
			<td>OAI</td>
			<td></td>
			<td>photolithography</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffered Saline (PBS)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>806552-500ML</td>
			<td>buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PMMA 495K A4</td>
			<td>MicroChemicals</td>
			<td>PMMA 495K A4</td>
			<td>Photoresist for assisting graphene transferring</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>Sylgard 184</td>
			<td>sample delivery well</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Renishaw InVia Raman Microscope</td>
			<td>Renishaw</td>
			<td></td>
			<td>graphene characterization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Hydroxide (NaOH)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>221465-25G</td>
			<td>functionalization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Suss Microtech MA6 Mask Aligner</td>
			<td>Suss MicroTec</td>
			<td></td>
			<td>photolithography</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermo Scientific Cimarec Hotplate</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>SP131635</td>
			<td>sample and device Baking</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

development and functionalization of electrolyte-gated graphene field-effect transistor for biomarker detection

I den aktuelle undersøgelse er grafen og dets derivater blevet undersøgt og brugt til mange applikationer, herunder elektronik, sensing, energilagring og fotokatalyse. Syntese og fremstilling af grafen af høj kvalitet, god ensartethed og lave defekter er afgørende for højtydende og meget følsomme enheder. Blandt mange syntesemetoder kan kemisk dampaflejring (CVD), der betragtes som en førende tilgang til fremstilling af grafen, kontrollere antallet af grafenlag og give grafen af høj kvalitet. CVD-grafen skal overføres fra metalsubstraterne, hvorpå den dyrkes, på isolerende underlag til praktiske anvendelser. Imidlertid er adskillelse og overførsel af grafen til nye substrater udfordrende for et ensartet lag uden at beskadige eller påvirke grafens strukturer og egenskaber. Derudover er elektrolyt-gated grafenfelteffekttransistor (EGGFET) blevet demonstreret for sine brede anvendelser i forskellige biomolekylære detektioner på grund af dens høje følsomhed og standard enhedskonfiguration. I denne artikel påvises poly (methylmethacrylat) (PMMA)-assisteret grafenoverførselsmetode, fremstilling af grafenfelteffekttransistor (GFET) og biomarkørimmunglobulin G (IgG) detektion. Raman spektroskopi og atomkraftmikroskopi blev anvendt til at karakterisere den overførte grafen. Metoden har vist sig at være en praktisk tilgang til overførsel af ren og restfri grafen, samtidig med at det underliggende grafengitter bevares på et isolerende substrat til elektronik eller biosensing applikationer.

De repræsentative resultater viser den overførte CVD-grafen karakteriseret ved henholdsvis Raman og AFM. G-toppen og 2D-toppene i Raman-billedet giver omfattende information om eksistensen og kvaliteten af den overførte monolagsgrafen32 (figur 1). Standard litografiprocesser30,31 blev anvendt til fremstilling af GFET-enheden, som vist i figur 2. Figur 3</st...

Watch this Scientific Journal Video about Development and Functionalization of Electrolyte-Gated Graphene Field-Effect Transistor for Biomarker Detection at JoVE.com

Development and Functionalization of Electrolyte-Gated Graphene Field-Effect Transistor for Biomarker Detection

Den foreliggende protokol demonstrerer udviklingen af elektrolyt-gated graphene field-effect transistor (EGGFET) biosensor og dens anvendelse i biomarkør immunoglobulin G (IgG) detektion.

Udvikling og funktionalisering af elektrolyt-gated grafenfelteffekttransistor til biomarkørdetektion

In the current study, graphene and its derivatives have been investigated and used for many applications, including electronics, sensing, energy storage, ...

Metoden fjerner effektivt PMMA-rester, samtidig med at det underliggende grafengitter bevares. Den funktionelle enhed viser konsistente resultater i påvisning af IgG-antistoffer i blodserum. Protokollen sikrer også implementeringen af CVD-grafen i en realtids, etiketfri biosensing-enhed.Trinene er ret enkle og kan udføres med minimal træning. Enheden tilbyder høj selektivitet, høj følsomhed og realtidsdetektion over andre biosensingenheder Begynd med at skære grafenarket på et kobbersubstrat i to ved hjælp af en skalpel. Påfør varmebestandigt tape for at fastgøre de fire hjørner af grafenfirkanten på en spinnerpakning.Spin belæg det firkantede ark af grafen med et tyndt lag på 100 til 200 nanometer PMMA 495K A4, der spinder ved 500 rotationer i minuttet i 10 sekunder og derefter 2.000 rotationer i minuttet i 50 sekunder. Bag derefter prøven ved 150 grader Celsius i fem minutter. Fjern bagsiden af grafen med iltplasma ved 30 watt ved hjælp af en hastighedsstrøm på 15 standard kubikcentimeter i minuttet i fem minutter.Skær den plasmabehandlede grafenfirkant i en dimension på en centimeter bredde og to centimeter højde til enhedsfremstilling. Skær det forrensede silicasubstrat i små stykker med en omtrentlig bredde på fire centimeter og to centimeter højde. Æts kobberet af ved hjælp af grafeneetchant jernchlorid uden fortynding.Flyd prøven med kobbersiden nedad og PMMA-siden op på den flydende etchant. Efter kobberætsning løftes grafenfilmen langsomt ved hjælp af det plasmabehandlede substrat. Lufttør den overførte grafenfilm i to timer, bages derefter på en kogeplade.For at fjerne PMMA skal du starte med at opvarme prøven med acetonedamp ved 70 grader Celsius ved at holde prøven cirka to centimeter over acetonedamp i fire minutter med PMMA-siden nedad. Derefter nedsænkes prøven i acetone i fem minutter. Vask prøven forsigtigt med deioniseret vand.Til sidst føntørres prøven forsigtigt med nitrogen. Vask substratet med det overførte grafen ved hjælp af acetone, isopropylalkohol og deioniseret vand. Bag derefter substratet på en kogeplade ved 75 grader Celsius i 30 minutter.Ved hjælp af en elektronstrålefordamper deponeres nikkel og guld på henholdsvis 5 og 45 nanometer tykkelse på grafenprøven. Påfør den første fotolitografiproces ved hjælp af maske A til mønster af elektroderne. Spin AZ 5214E positiv fotoresist på prøven ved 2.000 rotationer i minuttet i 45 sekunder og helbred prøven ved 120 grader Celsius i et minut.Anbring prøven i det ultraviolette oversvømmelseseksponeringssystem, og udsæt den i ca. 10 sekunder under 200 millijoule pr. Kvadratcentimeter. Udvikl prøven med en photoresist-udvikler AZ 300 MIF i cirka to minutter, og skyl derefter med deioniseret vand. Sænk prøven i en guldætsning for at ætse guldlaget i 10 sekunder, skyll med deioniseret vand, og fjern det resterende fotoresistlag ved at nedsænke i acetone i 10 minutter.Brug acetone, isopropylalkohol og deioniseret vand til at vaske prøven efterfulgt af bagning på en kogeplade ved 75 grader Celsius i 30 minutter. Anvend derefter den anden fotolitografiproces ved hjælp af maske B til at mønstre grafenkanalerne. Sænk prøven i nikkeletchant ved 60 grader Celsius for at ætse nikkellaget i 10 sekunder.Skyl med deioniseret vand og føntør med nitrogen. Anbring prøven i plasmaasken og fjern den eksponerede grafen ved hjælp af iltplasma. Senere skal du fjerne photoresist-laget ved at nedsænke i acetone i 10 minutter.Vask prøven med acetone, IPA og deioniseret vand og bages på en kogeplade ved 75 grader Celsius i 30 minutter. Påfør den tredje fotolitografiproces ved hjælp af maske C til at mønstre passiveringsfotoresistlaget for at beskytte den underliggende grafen på substratet. Brug de samme procesparametre som tidligere nævnt, herunder spinning med positiv photoresist, hærdning af prøven og udvikling med photoresist-udvikler.Senere nedsænkes prøven i nikkeletchant ved 60 grader Celsius i 10 sekunder for at fjerne det resterende nikkellag, og skyll derefter med deioniseret vand og føntørt med nitrogen. Til sidst bages prøven på en kogeplade ved 120 grader Celsius i 30 minutter. De repræsentative resultater viser den overførte CVD-grafen karakteriseret ved Raman og atomkraftmikroskopi.G-toppen og de todimensionelle toppe af Raman-billedet giver omfattende information om eksistensen og kvaliteten af den overførte monolagsgrafen. Figuren viser EEG FET biosensor integreret med en standard sølv i sølvchlorid referenceelektrode og en polydimethyl siloxan brønd til at indeholde prøven. Endvidere viser den forstørrede visning af grafenkanalen forbindelsen til kildeelektroden til jorden, afløbet og portenektroder til kilden.PBASE, et meget anvendt funktionaliseringsreagens til grafen, kan absorberes på grafenoverfladen gennem en pi-pi-interaktion uden at beskadige grafens elektriske egenskaber. En 5-prime aminomodificeret IgG-aptamer konjugeres med PBASE af amidbindingsforbindelserne mellem den reaktive og hydroxy-6-cinnamidester i PBASE og amingruppen på 5-prime-enden af IgG-aptameren. Bovin serum albumin inkubation blev brugt til at blokere de resterende ukonjugerede steder efter skylning af enheden med enkeltstyrke PBS Figuren viser IgG-detektionen under forskellige elektrolytbetingelser.Grafenens kvalitet er nøglen til den bedste ydelse af denne enhed. Så under plasmaætsning skal det sikres, at plasmaet ikke skader grafenens nyttige områder. PMMA-resterne skal også rengøres helt for at få en ren grafenoverflade.Det funktionelle udstyr viser konsistente resultater med hensyn til at detektere humant IgG-antistof, så proceduren kan bruges som reference til at bygge udstyr med andre nanomaterialer til undersøgelse af grænsefladeinteraktioner og biosensing.

Research

JoVE Journal

Engineering

Synthesis and Functionalization of Nitrogen-doped Carbon Nanotube Cups with Gold Nanoparticles as Cork Stoppers

Syntese og Funktionalisering af Nitrogen-doped kulstof nanorør Cups med guld nanopartikler som korkpropper

Nitrogen-doped carbon  nanotubes consist of many cup-shaped graphitic compartments termed as  nitrogen-doped carbon nanotube cups (NCNCs).  These ...

Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

Udvikling af en 3D graphene Elektrode dielektrophoretisk Device

The design and fabrication of a novel 3D electrode microdevice using 50 &#181;m thick graphene paper and 100 &#181;m double sided tape is described. The ...

Fabrication of Gate-tunable Graphene Devices for Scanning Tunneling Microscopy Studies with Coulomb Impurities

Fremstilling af Gate-afstemmelige Graphene Devices for Scanning Tunneling Mikroskopi Undersøgelser med Coulomb urenheder

Owing to its relativistic low-energy charge carriers, the interaction between graphene and various impurities leads to a wealth of new physics and degrees ...

Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle

Synligt lys induceret Reduktion af Graphene Oxide Brug plasmoniske Nanopartikel

Present work demonstrates the simple, chemical free, fast, and energy efficient method to produce reduced graphene oxide (r-GO) solution at RT using ...

Synthesis and Functionalization of 3D Nano-graphene Materials: Graphene Aerogels and Graphene Macro Assemblies

Syntese og Funktionalisering af 3D Nano-graphene Materialer: Graphene Aerogeler og Graphene Macro forsamlinger

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. ...

Effect of Bending on the Electrical Characteristics of Flexible Organic Single Crystal-based Field-effect Transistors

Effekt af bøjning på Elektriske Karakteristik af Flexible Økologisk Single Crystal-baserede felteffekttransistorer

The charge transport in an organic semiconductor depends highly on the molecular packing in the crystal, which influences the electronic coupling ...

Atmospheric Pressure Fabrication of Large-Sized Single-Layer Rectangular SnSe Flakes

Atmosfærisk tryk fabrikation af store lag rektangulære SnSe flager

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for ...

Guidelines and Experience Using Imaging Biomarker Explorer (IBEX) for Radiomics

Guidelines and Experience Using Imaging Biomarker Explorer IBEX for Radiomics

Retningslinjer og erfaring med at bruge Imaging biomarkør Explorer (IBEX) for Radiomics

Imaging Biomarker Explorer (IBEX) is an open-source tool for medical imaging radiomics work. The purpose of this paper is to describe how to use IBEX's ...

Fabrication of Three-Dimensional Graphene-Based Polyhedrons via Origami-Like Self-Folding

Fabrication of Three-Dimensional Graphene-Based Polyhedrons via Origami-Like Self-Folding

Fabrikation af tre-dimensionelle Graphene-baserede polyedre via Origami-lignende selv foldning

The assembly of two-dimensional (2D) graphene into three-dimensional (3D) polyhedral structures while preserving the graphene's excellent inherent ...

Preparation of Graphene Liquid Cells for the Observation of Lithium-ion Battery Material

Forberedelse af Graphene væske celler til iagttagelse af Lithium-ion batteri materiale

In this work, we introduce the preparation of graphene liquid cells (GLCs), encapsulating both electrode materials and organic liquid electrolytes between ...