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

De experimenten werden uitgevoerd aan de West Virginia University. We erkennen de gedeelde onderzoeksfaciliteiten aan de West Virginia University voor de fabricage van apparaten en materiaalkarakterisering. Dit werk werd ondersteund door de Amerikaanse National Science Foundation onder Grant No. NSF1916894.

1. Overdracht van chemische dampafzetting van grafeen
<ol><li>Knip het grafeenvel op een koperen ondergrond doormidden (2,5 cm x 5 cm) met een schaar. Breng hittebestendige tape aan om de vier hoeken van het grafeenvierkant op een spinnerpakking te bevestigen (zie Tabel met materialen). OPMERKING: Het gekochte grafeen heeft een afmeting van 5 cm x 5 cm (zie Materialentabel).</li>
	<li>Spin-coat de plaat van het grafeen met een dunne laag (100-200 nm) PMMA 495K A4 dr...

<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>

Het gekochte CVD-grafeen op koperfolie moet op de juiste maat worden bijgesneden voor de volgende fabricagestappen. Het snijden van de films kan rimpels veroorzaken, wat moet worden voorkomen. De parameters die in de fabricagestap worden verstrekt, kunnen worden gebruikt voor plasma-etsen van grafeen en deze getallen kunnen worden gevarieerd bij gebruik van verschillende instrumenten. Het geëtste monster moet nauwlettend worden gecontroleerd en geïnspecteerd om een volledige grafeenets te garanderen. Meerdere voorreini...

Grafeen en zijn derivaten zijn onderzocht en gebruikt voor vele toepassingen, waaronder elektronica 1,2, detectie 3,4,5, energieopslag 6,7 en fotokatalyse 1,6,8. Synthese en fabricage van hoge kwaliteit, goede uniformiteit en lage defecten grafeen zijn van cruciaal belang voor hoogwaardige en zeer gevoelige apparaten. Sinds de ontwikkeling van chemische dampafzetting (CVD) in 2009 heeft het een kolossale belofte getoond en zijn plaats veroverd als een essentieel lid van de grafeenfamilie 9,10,11,12,13. Het wordt gekweekt op een metalen substraat en wordt later voor praktisch gebruik overgebracht op isolerende substraten14. Verschillende overdrachtsmethoden zijn onlangs gebruikt om CVD-grafeen over te dragen. De poly (methylmethacrylaat) (PMMA) geassisteerde methode is de meest gebruikte van de verschillende technieken. Deze methode is bijzonder geschikt voor industrieel gebruik vanwege de grootschalige capaciteit, lagere kosten en hoge kwaliteit van het overgedragen grafeen14,15. Het kritieke aspect van deze methode is het wegwerken van het PMMA-residu voor de toepassingen van CVD-grafeen, omdat de residuen declinatie van de elektronische eigenschappen van grafeen14,15,16 kunnen veroorzaken, een effect kunnen hebben op de gevoeligheid en prestaties van biosensoren17,18 en significante variaties van apparaat tot apparaat kunnen creëren19.
Op nanomaterialen gebaseerde biosensoren zijn de afgelopen decennia aanzienlijk onderzocht, waaronder silicium nanodraad (SiNW), koolstofnanobuis (CNT) en grafeen20. Vanwege de structuur met één atoomlaag en onderscheidende eigenschappen vertoont grafeen superieure elektronische kenmerken, goede biocompatibiliteit en gemakkelijke functionalisering, waardoor het een aantrekkelijk materiaal is voor het ontwikkelen van biosensoren 14,21,22,23. Vanwege veldeffecttransistors (FET) kenmerken zoals hoge gevoeligheid, standaardconfiguratie en kosteneffectieve massaproducibiliteit21,24, heeft FET meer de voorkeur in draagbare en point-of-care implementaties dan andere op elektronica gebaseerde biosensing-apparaten. De electrolyt-gated graphene field-effect transistor (EGGFET) biosensoren zijn voorbeelden van de vermelde FET's21,24. EGGFET kan verschillende gerichte analyten detecteren, zoals nucleïnezuren25, eiwitten24,26, metabolieten27 en andere biologisch relevante analyten28. De hier genoemde techniek zorgt voor de implementatie van CVD-grafeen in een labelvrij biosensing nano-elektronica-apparaat dat een hogere gevoeligheid en nauwkeurige tijddetectie biedt dan andere biosensing-apparaten29.
In dit werk wordt een algemeen proces gedemonstreerd voor het ontwikkelen van een EGGFET-biosensor en het functionaliseren ervan voor biomarkerdetectie, inclusief het overbrengen van CVD-grafeen op een isolerend substraat, Raman en AFM-karakteriseringen van het overgedragen grafeen. Verder worden hier ook de fabricage van EGGFET en integratie met een polydimethylsiloxaan (PDMS) monsterafgifteput, bioreceptorfunctionalisatie en succesvolle detectie van humaan immunoglobuline G (IgG) uit serum door spike-and-recovery-experimenten besproken.

<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

In de huidige studie zijn grafeen en zijn derivaten onderzocht en gebruikt voor vele toepassingen, waaronder elektronica, detectie, energieopslag en fotokatalyse. Synthese en fabricage van hoge kwaliteit, goede uniformiteit en lage defecten grafeen zijn van cruciaal belang voor hoogwaardige en zeer gevoelige apparaten. Onder de vele synthesemethoden kan chemische dampafzetting (CVD), beschouwd als een toonaangevende benadering voor de productie van grafeen, het aantal grafeenlagen beheersen en grafeen van hoge kwaliteit opleveren. CVD-grafeen moet worden overgebracht van de metalen substraten waarop het wordt gekweekt naar isolerende substraten voor praktische toepassingen. Scheiding en overdracht van grafeen op nieuwe substraten zijn echter een uitdaging voor een uniforme laag zonder de structuren en eigenschappen van grafeen te beschadigen of aan te tasten. Bovendien is elektrolyt-gated grafeenveldeffecttransistor (EGGFET) gedemonstreerd voor zijn brede toepassingen in verschillende biomoleculaire detecties vanwege de hoge gevoeligheid en standaard apparaatconfiguratie. In dit artikel worden poly (methylmethacrylaat) (PMMA)-geassisteerde grafeenoverdrachtsbenadering, fabricage van grafeenveldeffecttransistor (GFET) en biomarker immunoglobuline G (IgG) detectie aangetoond. Raman-spectroscopie en atoomkrachtmicroscopie werden toegepast om het overgedragen grafeen te karakteriseren. De methode blijkt een praktische aanpak te zijn voor het overbrengen van schoon en residuvrij grafeen met behoud van het onderliggende grafeenrooster op een isolerend substraat voor elektronica- of biosensingtoepassingen.

De representatieve resultaten tonen het overgedragen CVD-grafeen dat wordt gekenmerkt door respectievelijk Raman en AFM. De G-piek en de 2D-pieken van het Raman-beeld geven uitgebreide informatie over het bestaan en de kwaliteit van het overgedragen monolaaggrafeen32 (figuur 1). Standaardlithografieprocessen30,31 werden toegepast voor de fabricage van het GFET-apparaat, zoals weergegeven in <strong class="xfig...

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

Het huidige protocol demonstreert de ontwikkeling van elektrolyt-gated grafeen veldeffect transistor (EGGFET) biosensor en de toepassing ervan in biomarker immunoglobuline G (IgG) detectie.

Ontwikkeling en functionalisering van elektrolyt-gated grafeen veldeffecttransistor voor biomarkerdetectie

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

De methode verwijdert effectief PMMA-residu met behoud van het onderliggende grafeenrooster. Het functionele apparaat toont consistente resultaten bij het detecteren van IgG-antilichamen in bloedserum. Ook zorgt het protocol voor de implementatie van CVD grafeen in een realtime, labelvrij biosensing apparaat.De stappen zijn vrij eenvoudig en kunnen worden gedaan met minimale training. Het apparaat biedt een hoge selectiviteit, hoge gevoeligheid en realtime detectie ten opzichte van andere biosensing-apparaten Begin met het doormidden snijden van de grafeenplaat op een koperen substraat met behulp van een scalpel. Breng hittebestendige tape aan om de vier hoeken van het grafeenvierkant op een spinnerpakking te bevestigen.Spin de vierkante plaat van het grafeen met een dunne laag van 100 tot 200 nanometer PMMA 495K A4, draai met 500 rotaties per minuut gedurende 10 seconden en vervolgens 2.000 rotaties per minuut gedurende 50 seconden. Bak het monster vervolgens vijf minuten op 150 graden Celsius. Verwijder de achterkant van het grafeen met zuurstofplasma op 30 watt met een snelheidsdebiet van 15 standaard kubieke centimeter per minuut gedurende vijf minuten.Snijd het met plasma behandelde grafeen vierkant in een afmeting van één centimeter breed en twee centimeter hoog voor de fabricage van het apparaat. Snijd het voorgezuiverde silicasubstraat in kleine stukjes met een breedte van ongeveer vier centimeter en een hoogte van twee centimeter. Ets het koper af met behulp van het grafeenetsmiddel ijzerchloride zonder verdunning.Drijf het monster met de koperen kant naar beneden en de PMMA-kant naar boven op het vloeibare etsmiddel. Til na het etsen van koper de grafeenfilm langzaam op met behulp van het met plasma behandelde substraat. Droog de overgebrachte grafeenfilm twee uur aan de lucht en bak vervolgens op een hete plaat.Om PMMA te verwijderen, begint u met het opwarmen van het monster met aceondomp bij 70 graden Celsius door het monster ongeveer twee centimeter boven acetondamp gedurende vier minuten te houden met de PMMA-zijde naar beneden gericht. Dompel het monster vervolgens vijf minuten onder in aceton. Was het monster voorzichtig met gedeïoniseerd water.Föhn het monster ten slotte voorzichtig met stikstof. Was het substraat met het overgebrachte grafeen met aceton, isopropylalcohol en gedeïoniseerd water. Bak het substraat vervolgens gedurende 30 minuten op een hete plaat op 75 graden Celsius.Zet met behulp van een elektronenbundelverdamper nikkel en goud van respectievelijk 5 en 45 nanometer dikte af op het grafeenmonster. Breng het eerste fotolithografieproces aan met masker A voor het patroon van de elektroden. Draai AZ 5214E positieve fotoresist op het monster met 2.000 rotaties per minuut gedurende 45 seconden en laat het monster gedurende één minuut uitharden bij 120 graden Celsius.Plaats het monster in het ultraviolette overstromingsblootstellingssysteem en stel het ongeveer 10 seconden bloot onder 200 millijoules per vierkante centimeter. Ontwikkel het monster met een fotoresistente ontwikkelaar AZ 300 MIF gedurende ongeveer twee minuten en spoel vervolgens af met gedeïoniseerd water. Dompel het monster onder in een gouden etsmiddel om de gouden laag gedurende 10 seconden te etsen, spoel af met gedeïoniseerd water en verwijder de resterende fotoresistente laag door gedurende 10 minuten in aceton te dompelen.Gebruik aceton, isopropylalcohol en gedeïoniseerd water en was het monster gevolgd door bakken op een hete plaat op 75 graden Celsius gedurende 30 minuten. Pas vervolgens het tweede fotolithografieproces toe met masker B om de grafeenkanalen te modelleren. Dompel het monster onder in nikkeletsmiddel bij 60 graden Celsius om de nikkellaag gedurende 10 seconden te etsen.Spoel af met gedeïoniseerd water en föhn met stikstof. Plaats het monster in de plasma-asher en verwijder het blootgestelde grafeen met behulp van zuurstofplasma. Verwijder later de fotoresistente laag door gedurende 10 minuten in aceton te dompelen.Was het monster met aceton, IPA en gedeïoniseerd water en bak gedurende 30 minuten op een hete plaat bij 75 graden Celsius. Pas het derde fotolithografieproces toe met masker C om de passiveringsfotoresistente laag te patroon om het onderliggende grafeen op het substraat te beschermen. Gebruik dezelfde procesparameters als eerder vermeld, waaronder draaien met positieve fotoresist, het uitharden van het monster en ontwikkelen met een ontwikkelaar van fotoresistente.Dompel het monster later gedurende 10 seconden onder in nikkeletsmiddel bij 60 graden Celsius om de resterende nikkellaag te verwijderen en spoel vervolgens met gedeïoniseerd water en föhn het met stikstof. Bak het monster ten slotte gedurende 30 minuten op een hete plaat op 120 graden Celsius. De representatieve resultaten tonen het overgedragen CVD-grafeen gekenmerkt door Raman en atoomkrachtmicroscopie.De G-piek en de tweedimensionale pieken van het Raman-beeld geven uitgebreide informatie over het bestaan en de kwaliteit van het overgedragen monolaaggrafeen. De figuur toont EEG FET biosensor geïntegreerd met een standaard zilver in zilverchloride referentie elektrode en een polydimethyl siloxaan put voor het bevatten van het monster. Verder toont de vergrote weergave van het grafeenkanaal de verbinding met de bronelektrode met de grond, de afvoer en de poortelektroden naar de bron.PBASE, een veelgebruikt functionalisatiereagens voor grafeen, kan op het grafeenoppervlak worden geabsorbeerd door middel van een pi-pi-interactie zonder de elektrische eigenschappen van grafeen te beschadigen. Een 5-priem amino-gemodificeerd IgG-aptamer wordt geconjugeerd met PBASE door de amidebindingsverbindingen tussen de reactieve en hydroxy-6 cinnamide-ester in PBASE en de aminegroep op het 5-priemeinde van het IgG-aptameer. Runderserumalbumine-incubatie werd gebruikt om de resterende niet-geconjugeerde plaatsen te blokkeren na het spoelen van het apparaat met PBS met enkele sterkte De figuur toont de IgG-detectie onder verschillende elektrolytomstandigheden.De kwaliteit van het grafeen is de sleutel tot de beste prestaties van dit apparaat. Dus tijdens plasma-etsen moet ervoor worden gezorgd dat het plasma de nuttige gebieden van het grafeen niet schaadt. Ook moeten de PMMA-residuen helemaal worden gereinigd om een schoon grafeenoppervlak te krijgen.Het functionele apparaat toont consistente resultaten bij het detecteren van menselijk IgG-antilichaam, dus de procedure kan worden gebruikt als referentie om apparaten te bouwen met andere nanomaterialen om interface-interacties en biosensing te bestuderen.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Synthese en functionalisering van stikstof-gedoteerde koolstof nanobuis Kopjes met Gold Nanodeeltjes als Cork Stoppers

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

Ontwikkeling van een 3D Grafeen elektrode dielectrophoretic 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

Fabricage van Gate-afstembare Grafeen Inrichtingen voor Scanning Tunneling Microscopy Studies met Coulomb Verontreinigingen

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

Zichtbaar licht Induced Vermindering van Grafeen Oxide behulp Plasmonische Nanodeeltje

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

Synthese en functionalisering van 3D Nano-grafeen Materialen: Grafeen Aerogels en Grafeen Macro Assemblies

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

Effect van Buigen op de elektrische eigenschappen van flexibele organische Single Crystal-gebaseerde field-effect transistors

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

Luchtdruk fabricage van grote en middelgrote enkellaags rechthoekig SnSe vlokken

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

Richtsnoeren en ervaring met behulp van Imaging Biomarker Explorer (IBEX) voor 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

Fabricage van driedimensionale grafeen gebaseerde Polyhedrons via Origami-achtige zelf vouwen

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

Voorbereiding van grafeen vloeistof cellen voor de waarneming van Lithium-ion batterij materiaal

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