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

Die Experimente wurden an der West Virginia University durchgeführt. Wir danken den Shared Research Facilities an der West Virginia University für die Herstellung von Geräten und die Materialcharakterisierung. Diese Arbeit wurde von der US National Science Foundation unter Grant No. NSF1916894

1. Übertragung der chemischen Gasphasenabscheidung von Graphen
<ol><li>Schneiden Sie die Graphenplatte auf einem Kupfersubstrat mit einer Schere in zwei Hälften (2,5 cm x 5 cm). Tragen Sie hitzebeständiges Band auf, um die vier Ecken des Graphenquadrats auf einer Spinnerdichtung zu befestigen (siehe Materialtabelle). HINWEIS: Das gekaufte Graphen hat eine Abmessung von 5 cm x 5 cm (siehe Materialtabelle).</li>
	<li>Drehen Sie die Graphenplatte mit einer dünnen S...

<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>

Das gekaufte CVD-Graphen auf Kupferfolie muss für die folgenden Herstellungsschritte auf die richtige Größe zugeschnitten werden. Das Schneiden der Folien kann zu Faltenbildung führen, was verhindert werden muss. Die im Herstellungsschritt bereitgestellten Parameter können für das Plasmaätzen von Graphen herangezogen werden, und diese Zahlen können bei Verwendung verschiedener Instrumente variiert werden. Die geätzte Probe muss genau überwacht und inspiziert werden, um eine vollständige Graphenätzung zu gewä...

Graphen und seine Derivate wurden für viele Anwendungen untersucht und verwendet, einschließlich Elektronik 1,2, Sensorik 3,4,5, Energiespeicherung 6,7 und Photokatalyse 1,6,8. Die Synthese und Herstellung von Graphen von hoher Qualität, guter Gleichmäßigkeit und geringen Defekten ist für leistungsstarke und hochempfindliche Geräte von entscheidender Bedeutung. Seit der Entwicklung der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) im Jahr 2009 hat es sich als kolossales Versprechen erwiesen und seinen Platz als wesentliches Mitglied der Graphenfamilie 9,10,11,12,13 festgelegt. Es wird auf einem Metallsubstrat angebaut und später für praktische Anwendungen auf isolierende Substrateübertragen 14. In letzter Zeit wurden mehrere Übertragungsmethoden verwendet, um CVD-Graphen zu übertragen. Die Poly (Methylmethacrylat) (PMMA) unterstützte Methode ist die am häufigsten verwendete unter den verschiedenen Techniken. Dieses Verfahren eignet sich aufgrund seiner großflächigen Leistungsfähigkeit, der geringeren Kosten und der hohen Qualität des übertragenen Graphens14,15 besonders gut für den industriellen Einsatz. Der kritische Aspekt dieser Methode besteht darin, den PMMA-Rückstand für CVD-Graphenanwendungen loszuwerden, da die Rückstände eine Deskription der elektronischen Eigenschaften von Graphen 14,15,16 verursachen können, einen Einfluss auf die Empfindlichkeit und Leistung von Biosensorenhaben 17,18 und signifikante Geräte-zu-Gerät-Variationen verursachen können 19.
Nanomaterialbasierte Biosensoren wurden in den letzten Jahrzehnten erheblich untersucht, darunter Silizium-Nanodraht (SiNW), Kohlenstoffnanoröhre (CNT) und Graphen20. Aufgrund seiner Einzelatomschichtstruktur und seiner charakteristischen Eigenschaften weist Graphen überlegene elektronische Eigenschaften, gute Biokompatibilität und einfache Funktionalisierung auf, was es zu einem attraktiven Material für die Entwicklung von Biosensoren 14,21,22,23 macht. Aufgrund der Eigenschaften von Feldeffekttransistoren (FET) wie hoher Empfindlichkeit, Standardkonfiguration und kostengünstiger Massenproduzierbarkeit21,24 wird FET in tragbaren und Point-of-Care-Implementierungen bevorzugter als andere elektronikbasierte Biosensorgeräte. Die elektrolytgesteuerten Graphen-Feldeffekttransistoren (EGGFET) Biosensoren sind Beispiele für die angegebenen FETs21,24. EGGFET kann verschiedene Zielanalyten wie Nukleinsäuren 25, Proteine 24,26, Metaboliten 27 und andere biologisch relevante Analyten 28 nachweisen. Die hier erwähnte Technik gewährleistet die Implementierung von CVD-Graphen in einem markierungsfreien biosensorischen Nanoelektronikgerät, das eine höhere Empfindlichkeit und genaue Zeiterfassung als andere Biosensorgerätebietet 29.
In dieser Arbeit wird ein Gesamtprozess zur Entwicklung eines EGGFET-Biosensors und dessen Funktionalisierung für den Biomarkernachweis, einschließlich der Übertragung von CVD-Graphen auf ein isolierendes Substrat, Raman, und AFM-Charakterisierungen des übertragenen Graphens demonstriert. Darüber hinaus werden hier auch die Herstellung von EGGFET und die Integration mit einer Polydimethylsiloxan (PDMS)-Probenabgabe, die Biorezeptorfunktionalisierung und der erfolgreiche Nachweis von humanem Immunglobulin G (IgG) aus Serum durch Spike-and-Recovery-Experimente diskutiert.

<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 der aktuellen Studie wurden Graphen und seine Derivate für viele Anwendungen untersucht und verwendet, darunter Elektronik, Sensorik, Energiespeicherung und Photokatalyse. Die Synthese und Herstellung von Graphen von hoher Qualität, guter Gleichmäßigkeit und geringen Defekten ist für leistungsstarke und hochempfindliche Geräte von entscheidender Bedeutung. Unter vielen Synthesemethoden kann die chemische Gasphasenabscheidung (CVD), die als führender Ansatz zur Herstellung von Graphen gilt, die Anzahl der Graphenschichten kontrollieren und hochwertiges Graphen ergeben. CVD-Graphen muss von den Metallsubstraten, auf denen es gezüchtet wird, für praktische Anwendungen auf isolierende Substrate übertragen werden. Die Trennung und Übertragung von Graphen auf neue Substrate ist jedoch für eine gleichmäßige Schicht eine Herausforderung, ohne die Strukturen und Eigenschaften von Graphen zu beschädigen oder zu beeinträchtigen. Darüber hinaus wurde der elektrolytgesteuerte Graphen-Feldeffekttransistor (EGGFET) aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit und Standardgerätekonfiguration für seine breiten Anwendungen in verschiedenen biomolekularen Detektionen demonstriert. In diesem Artikel werden der poly (methylmethacrylat) (PMMA)-unterstützte Graphentransferansatz, die Herstellung von Graphen-Feldeffekttransistoren (GFET) und der Biomarker-Immunglobulin-G (IgG)-Nachweis demonstriert. Raman-Spektroskopie und Rasterkraftmikroskopie wurden angewendet, um das übertragene Graphen zu charakterisieren. Es hat sich gezeigt, dass das Verfahren ein praktischer Ansatz ist, um sauberes und rückstandsfreies Graphen zu übertragen und gleichzeitig das darunter liegende Graphengitter auf einem isolierenden Substrat für Elektronik- oder Biosensoranwendungen zu erhalten.

Die repräsentativen Ergebnisse zeigen das übertragene CVD-Graphen, das durch Raman bzw. AFM gekennzeichnet ist. Der G-Peak und die 2D-Peaks des Raman-Bildes geben umfassende Informationen über die Existenz und die Qualität des übertragenen Monolayer-Graphens32 (Abbildung 1). Standard-Lithographieverfahren30,31 wurden für die Herstellung des GFET-Geräts angewendet, wie in Abbildung 2 dargestellt<su...

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

Das vorliegende Protokoll demonstriert die Entwicklung eines elektrolytgesteuerten Graphen-Feldeffekttransistors (EGGFET) Biosensors und seine Anwendung beim Nachweis von Biomarker-Immunglobulin G (IgG).

Entwicklung und Funktionalisierung eines elektrolytgesteuerten Graphen-Feldeffekttransistors für den Biomarker-Nachweis

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

Die Methode entfernt effektiv PMMA-Rückstände unter Beibehaltung des zugrunde liegenden Graphengitters. Das funktionelle Gerät zeigt konsistente Ergebnisse beim Nachweis von IgG-Antikörpern im Blutserum. Außerdem stellt das Protokoll die Implementierung von CVD-Graphen in einem kennzeichnungsfreien Echtzeit-Biosensorgerät sicher.Die Schritte sind ziemlich einfach und können mit minimalem Training durchgeführt werden. Das Gerät bietet eine hohe Selektivität, hohe Empfindlichkeit und Echtzeiterkennung gegenüber anderen Biosensorgeräten Beginnen Sie mit dem Schneiden der Graphenschicht auf einem Kupfersubstrat in zwei Hälften mit einem Skalpell. Tragen Sie hitzebeständiges Klebeband auf, um die vier Ecken des Graphenquadrats auf einer Spinnerdichtung zu befestigen.Drehen Sie die quadratische Schicht des Graphens mit einer dünnen Schicht von 100 bis 200 Nanometern PMMA 495K A4, die sich 10 Sekunden lang mit 500 Umdrehungen pro Minute und dann 50 Sekunden lang mit 2.000 Umdrehungen pro Minute dreht. Dann backen Sie die Probe bei 150 Grad Celsius für fünf Minuten. Entfernen Sie die Rückseite des Graphens mit Sauerstoffplasma bei 30 Watt mit einem Ratenfluss von 15 Standardkubikzentimetern pro Minute für fünf Minuten.Schneiden Sie das plasmabehandelte Graphenquadrat für die Geräteherstellung in eine Breite von einem Zentimeter und einer Höhe von zwei Zentimetern. Schneiden Sie das vorgereinigte Kieselsäuresubstrat in kleine Stücke mit einer Breite von etwa vier Zentimetern und einer Höhe von zwei Zentimetern. Ätzen Sie das Kupfer mit dem Graphenätzmittel Eisenchlorid ohne Verdünnung ab.Schwimmen Sie die Probe mit der Kupferseite nach unten und der PMMA-Seite nach oben auf dem flüssigen Etchant. Nach dem Kupferätzen heben Sie den Graphenfilm langsam mit dem plasmabehandelten Substrat an. Trocknen Sie den übertragenen Graphenfilm zwei Stunden lang an der Luft und backen Sie ihn dann auf einer heißen Platte.Um PMMA zu entfernen, beginnen Sie damit, die Probe mit Acetondampf bei 70 Grad Celsius aufzuwärmen, indem Sie die Probe vier Minuten lang etwa zwei Zentimeter über dem Acetondampf mit der PMMA-Seite nach unten halten. Tauchen Sie die Probe dann fünf Minuten lang in Aceton ein. Waschen Sie die Probe vorsichtig mit entionisiertem Wasser.Zum Schluss die Probe vorsichtig mit Stickstoff einblasen. Waschen Sie das Substrat mit dem übertragenen Graphen mit Aceton, Isopropylalkohol und deionisiertem Wasser. Dann das Substrat auf einer heißen Platte bei 75 Grad Celsius für 30 Minuten backen.Deponieren Sie mit einem Elektronenstrahlverdampfer Nickel und Gold mit einer Dicke von 5 bzw. 45 Nanometern auf der Graphenprobe. Wenden Sie das erste Photolithographieverfahren mit Maske A für die Strukturierung der Elektroden an. Drehen Sie den positiven Fotolack AZ 5214E mit 2.000 Umdrehungen pro Minute für 45 Sekunden auf die Probe und härten Sie die Probe bei 120 Grad Celsius für eine Minute aus.Legen Sie die Probe in das ultraviolette Hochwasserexpositionssystem und belichten Sie sie für etwa 10 Sekunden unter 200 Millijoule pro Quadratzentimeter. Entwickeln Sie die Probe mit einem Fotolackentwickler AZ 300 MIF für ca. zwei Minuten und spülen Sie sie dann mit deionisiertem Wasser ab. Tauchen Sie die Probe in ein Goldätzmittel, um die Goldschicht für 10 Sekunden zu ätzen, spülen Sie sie mit entionisiertem Wasser ab und entfernen Sie die verbleibende Fotolackschicht, indem Sie 10 Minuten lang in Aceton eintauchen.Waschen Sie die Probe mit Aceton, Isopropylalkohol und deionisiertem Wasser und backen Sie anschließend 30 Minuten lang auf einer heißen Platte bei 75 Grad Celsius. Wenden Sie dann den zweiten Photolithographieprozess mit Maske B an, um die Graphenkanäle zu strukturieren. Tauchen Sie die Probe bei 60 Grad Celsius in Nickelätzmittel, um die Nickelschicht 10 Sekunden lang zu ätzen.Mit entionisiertem Wasser abspülen und mit Stickstoff föhnen. Legen Sie die Probe in den Plasma-Asher und entfernen Sie das exponierte Graphen mit Sauerstoffplasma. Entfernen Sie später die Fotolackschicht, indem Sie 10 Minuten lang in Aceton eintauchen.Waschen Sie die Probe mit Aceton, IPA und entionisiertem Wasser und backen Sie sie 30 Minuten lang auf einer heißen Platte bei 75 Grad Celsius. Wenden Sie den dritten Photolithographieprozess mit Maske C an, um die Passivierungsfotolackschicht zu strukturieren, um das darunter liegende Graphen auf dem Substrat zu schützen. Verwenden Sie die gleichen Prozessparameter wie zuvor erwähnt, einschließlich des Spinnens mit positivem Fotolack, der Aushärtung der Probe und der Entwicklung mit dem Entwickler von Fotolacken.Tauchen Sie die Probe später 10 Sekunden lang bei 60 Grad Celsius in Nickelätzmittel ein, um die verbleibende Nickelschicht zu entfernen, und spülen Sie sie dann mit deionisiertem Wasser ab und föhnen Sie sie mit Stickstoff. Zum Schluss backen Sie die Probe auf einer heißen Platte bei 120 Grad Celsius für 30 Minuten. Die repräsentativen Ergebnisse zeigen das übertragene CVD-Graphen, das durch Raman- und Rasterkraftmikroskopie gekennzeichnet ist.Der G-Peak und die zweidimensionalen Peaks des Raman-Bildes geben umfassende Informationen über die Existenz und die Qualität des übertragenen Monolayer-Graphens. Die Abbildung zeigt einen EEG-FET-Biosensor, der mit einer Standard-Silber-in-Silberchlorid-Referenzelektrode und einer Polydimethylsiloxan-Vertiefung zur Aufnahme der Probe integriert ist. Darüber hinaus zeigt die vergrößerte Ansicht des Graphenkanals die Verbindung zur Quellelektrode zum Boden, zum Abfluss und zu den Gate-Elektroden zur Quelle.PBASE, ein weit verbreitetes Funktionalisierungsreagenz für Graphen, kann auf der Graphenoberfläche durch eine Pi-Pi-Wechselwirkung absorbiert werden, ohne die elektrischen Eigenschaften von Graphen zu schädigen. Ein 5-prime-aminomodifiziertes IgG-Aptamer wird mit PBASE durch die Amidbindungsverbindungen zwischen dem reaktiven und dem Hydroxy-6-Zimt-Ester in PBASE und der Amingruppe am 5-Prime-Ende des IgG-Aptamers konjugiert. Die Inkubation von Rinderserumalbumin wurde verwendet, um die verbleibenden unkonjugierten Stellen nach dem Spülen des Geräts mit einstufigem PBS zu blockieren Die Abbildung zeigt die IgG-Detektion unter verschiedenen Elektrolytbedingungen.Die Qualität des Graphens ist der Schlüssel zur besten Leistung dieses Geräts. Beim Plasmaätzen muss also sichergestellt werden, dass das Plasma die nützlichen Bereiche des Graphens nicht schädigt. Außerdem müssen die PMMA-Rückstände vollständig gereinigt werden, um eine saubere Graphenoberfläche zu erhalten.Das funktionelle Gerät zeigt konsistente Ergebnisse beim Nachweis menschlicher IgG-Antikörper, so dass das Verfahren als Referenz verwendet werden kann, um Geräte mit anderen Nanomaterialien zu bauen, um Schnittstelleninteraktionen und Biosensorik zu untersuchen.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Synthese und Funktionalisierung von Stickstoff-dotierten Kohlenstoffnanoröhrchen Cups mit Gold-Nanopartikel als Korken

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

Forschung

Ingenieurwesen

Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

Entwicklung eines 3D-Graphen-Elektroden-Dielektrophoretische Geräte

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

Herstellung von Tor-abstimmbaren Graphene Geräte für Rastertunnelmikroskopie Studies mit Coulomb Verunreinigungen

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

Sichtbares Licht induzierte Reduktion von Graphenoxid Mit Plasmonische 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

Synthese und Funktionalisierung von 3D-Graphen-Nano Materialien: Graphene Aerogele und Graphene Macro Assemblies

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

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Wirkung von Biegen auf die elektrischen Eigenschaften von flexiblen organischen Einkristall-basierte Feldeffekttransistoren

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