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

הניסויים נערכו באוניברסיטת מערב וירג'יניה. אנו מכירים במתקני המחקר המשותפים באוניברסיטת ווסט וירג'יניה על ייצור מכשירים ואפיון חומרים. עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדע של ארה"ב תחת מענק מס '. NSF1916894.

1. העברת תצהיר אדים כימיים של גרפן
<ol><li>חותכים את יריעת הגרפן על מצע נחושת לשניים (2.5 ס"מ על 5 ס"מ) באמצעות מספריים. יש למרוח סרט נגד חום כדי לקבע את ארבע הפינות של ריבוע הגרפן על אטם ספינר (ראו טבלת חומרים). הערה: לגרפן שנרכש יש ממד של 5 ס"מ x 5 ס"מ (ראה טבלת חומרים).</li>
	<l...

<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>

יש לקצץ את הגרפן CVD שנרכש על סרט נחושת לגודל הנכון עבור שלבי הייצור הבאים. חיתוך של הסרטים יכול לגרום להתכווצות, אשר צריך למנוע. הפרמטרים המסופקים בשלב הייצור יכולים להיקרא לחריטת פלזמה של גרפן, ומספרים אלה יכולים להיות מגוונים בעת שימוש במכשירים שונים. יש לעקוב מקרוב אחר הדגימה החרוטה ולב?...

גרפן ונגזרותיו נחקרו ושימשו ליישומים רבים, כולל אלקטרוניקה 1,2, חישה 3,4,5, אגירת אנרגיה 6,7 ופוטוקטליזה 1,6,8. סינתזה וייצור של גרפן באיכות גבוהה, אחידות טובה ופגמים נמוכים הם קריטיים עבור התקנים בעלי ביצועים גבוהים ורגישים מאוד. מאז פיתוח תצהיר האדים הכימיים (CVD) בשנת 2009, הוא הראה הבטחה אדירה וקבע את מקומו כחבר חיוני במשפחת הגרפן 9,10,11,12,13. הוא גדל על מצע מתכת, ומאוחר יותר לשימושים מעשיים, מועבר על מצעי בידוד14. מספר שיטות העברה שימשו להעברת גרפן CVD לאחרונה. שיטת הפולי (מתיל מתקרילט) (PMMA) היא הנפוצה ביותר מבין הטכניקות השונות. שיטה זו מתאימה במיוחד לשימוש תעשייתי בשל יכולתה בקנה מידה גדול, עלות נמוכה יותר ואיכות גבוהה של הגרפן המועבר14,15. ההיבט הקריטי של שיטה זו הוא להיפטר משאריות ה-PMMA עבור יישומי הגרפן של CVD מכיוון שהשאריות עלולות לגרום לירידה בתכונות האלקטרוניות של גרפן 14,15,16, לגרום להשפעה על הרגישות והביצועים של הביו-סנסורים17,18, וליצור וריאציות משמעותיות של התקן להתקן19.
ביוסנסורים מבוססי ננו-חומרים נחקרו באופן משמעותי בעשורים האחרונים, כולל ננו-חוטי סיליקון (SiNW), ננו-צינורית פחמן (CNT) וגרפן20. בגלל המבנה החד-שכבתי שלו ותכונותיו הייחודיות, גרפן מדגים מאפיינים אלקטרוניים מעולים, תאימות ביולוגית טובה ופונקציונליזציה של facile, מה שהופך אותו לחומר אטרקטיבי לפיתוח ביוסנסורים 14,21,22,23. בשל מאפייני טרנזיסטורים בעלי אפקט שדה (FET) כגון רגישות גבוהה, תצורה סטנדרטית והוכחת מסה חסכונית21,24, FET מועדף יותר במימושים ניידים ונקודתיים מאשר בהתקני ביוסנסינג אחרים מבוססי אלקטרוניקה. הביו-סנסורים של אפקט שדה גרפן מגודר אלקטרוליטים (EGGFET) הם דוגמאות ל-FETs המוצהרים21,24. EGGFET יכול לזהות אנליטים ממוקדים שונים כגון חומצות גרעין25, חלבונים 24,26, מטבוליטים27, ואנליטים רלוונטיים ביולוגית אחרים28. הטכניקה המוזכרת כאן מבטיחה יישום של גרפן CVD בהתקן ננו-אלקטרוניקה ביוסנסינג ללא תווית המציע רגישות גבוהה יותר וזיהוי זמן מדויק יותר על פני התקני ביוסנסינג אחרים29.
בעבודה זו מודגם תהליך כולל לפיתוח ביוסנסור EGGFET ותפקודו לצורך זיהוי סמנים ביולוגיים, כולל העברת גרפן CVD על מצע בידוד, ראמאן ואפיוני AFM של הגרפן המועבר. יתר על כן, ייצור של EGGFET ושילוב עם אספקת דגימת פולידימתילסילוקסן (PDMS) היטב, פונקציונליזציה של ביו-רקפטורים וזיהוי מוצלח של אימונוגלובולין G (IgG) אנושי מסרום על ידי ניסויי ספייק והתאוששות נדונים גם כאן.

<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

במחקר הנוכחי, גרפן ונגזרותיו נחקרו ונעשה בהם שימוש עבור יישומים רבים, כולל אלקטרוניקה, חישה, אגירת אנרגיה ופוטוקטליזה. סינתזה וייצור של גרפן באיכות גבוהה, אחידות טובה ופגמים נמוכים הם קריטיים עבור התקנים בעלי ביצועים גבוהים ורגישים מאוד. בין שיטות סינתזה רבות, תצהיר אדים כימיים (CVD), הנחשב לגישה מובילה לייצור גרפן, יכול לשלוט במספר שכבות הגרפן ולהניב גרפן באיכות גבוהה. יש להעביר גרפן CVD ממצעי המתכת שעליהם הוא גדל על מצעי בידוד ליישומים מעשיים. עם זאת, הפרדה והעברה של גרפן על מצעים חדשים מאתגרות עבור שכבה אחידה מבלי לפגוע או להשפיע על המבנים והתכונות של הגרפן. בנוסף, טרנזיסטור אפקט שדה גרפן מגודר אלקטרוליטים (EGGFET) הודגם בזכות היישומים הרחבים שלו בגילויים ביומולקולריים שונים בגלל הרגישות הגבוהה שלו ותצורת המכשיר הסטנדרטית שלו. במאמר זה, מודגמים גישת העברת גרפן בסיוע פולי (מתיל מתקרילט) (PMMA), ייצור של טרנזיסטור אפקט שדה גרפן (GFET) וזיהוי אימונוגלובולין G (IgG) של סמנים ביולוגיים. ספקטרוסקופיית ראמאן ומיקרוסקופיית כוח אטומי יושמו כדי לאפיין את הגרפן המועבר. השיטה מוצגת כגישה מעשית להעברת גרפן נקי ונטול שאריות תוך שמירה על סריג הגרפן הבסיסי על מצע בידוד ליישומי אלקטרוניקה או ביוסנסינג.

התוצאות הייצוגיות מראות את הגרפן CVD המועבר המאופיין ברמאן וב-AFM, בהתאמה. פסגת G והפסגות הדו-ממדיות של תמונת ראמאן מספקות מידע מקיף לגבי קיומו ואיכותו של הגרפן החד-שכבתי המועבר32 (איור 1). תהליכי ליתוגרפיה סטנדרטיים30,31 יושמו לייצור התקן GFET, כפי ש?...

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

הפרוטוקול הנוכחי מדגים את הפיתוח של ביוסנסור טרנזיסטור אפקט שדה גרפן מגודר אלקטרוליטים (EGGFET) ויישומו בזיהוי אימונוגלובולין G (IgG) של סמנים ביולוגיים.

פיתוח ופונקציונליזציה של טרנזיסטור שדה-אפקט גרפן מגודר אלקטרוליטים לזיהוי סמנים ביולוגיים

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

השיטה מסירה ביעילות שאריות PMMA תוך שמירה על סריג הגרפן הבסיסי. המכשיר הפונקציונלי מראה תוצאות עקביות באיתור נוגדני IgG בסרום הדם. כמו כן, הפרוטוקול מבטיח יישום של גרפן CVD בהתקן ביוסנסינג בזמן אמת, ללא תוויות.השלבים הם די פשוטים וניתן לעשות זאת עם הכשרה מינימלית. המכשיר מציע סלקטיביות גבוהה, רגישות גבוהה וזיהוי בזמן אמת על פני מכשירי ביוסנסינג אחרים התחל על ידי חיתוך יריעת הגרפן על מצע נחושת לשניים באמצעות אזמל. יש למרוח סרט הדבקה עמיד בחום כדי לתקן את ארבע הפינות של ריבוע הגרפן על אטם ספינר.ספין מצפה את היריעה המרובעת של הגרפן בשכבה דקה של 100 עד 200 ננומטרים של PMMA 495K A4, מסתובב ב-500 סיבובים לדקה למשך 10 שניות, ולאחר מכן 2, 000 סיבובים לדקה למשך 50 שניות. לאחר מכן, אופים את הדגימה ב 150 מעלות צלזיוס במשך חמש דקות. הסר את החלק האחורי של הגרפן עם פלזמת חמצן ב 30 וואט באמצעות זרימת קצב של 15 סנטימטרים מעוקבים סטנדרטיים לדקה במשך חמש דקות.חותכים את ריבוע הגרפן שטופל בפלזמה לממדים של רוחב של סנטימטר אחד וגובה של שני סנטימטרים לייצור המכשיר. חותכים את מצע הסיליקה המנוקה מראש לחתיכות קטנות ברוחב של כארבעה סנטימטרים ובגובה של שני סנטימטרים. חרטו את הנחושת באמצעות חריטת הגרפן ברזל כלוריד ללא דילול.צפו את הדגימה עם צד הנחושת למטה וה-PMMA בצד כלפי מעלה על החריטה הנוזלית. לאחר תחריט נחושת, הרימו את סרט הגרפן באיטיות באמצעות המצע שטופל בפלזמה. אוויר לייבש את סרט הגרפן המועבר במשך שעתיים, ולאחר מכן לאפות על צלחת חמה.כדי להסיר את PMMA, התחל על ידי חימום הדגימה עם אדי אצטון בטמפרטורה של 70 מעלות צלזיוס על ידי שמירה על הדגימה בערך שני סנטימטרים מעל אדי אצטון במשך ארבע דקות כאשר צד ה- PMMA פונה כלפי מטה. לאחר מכן, לטבול את הדגימה באצטון במשך חמש דקות. לשטוף את הדגימה עם מים deionized בזהירות.לבסוף, לפוצץ בעדינות לייבש את הדגימה עם חנקן. לשטוף את המצע עם הגרפן המועבר באמצעות אצטון, אלכוהול איזופרופיל ומים שעברו דה-יוניזציה. לאחר מכן, אופים את המצע על צלחת חמה ב 75 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות.באמצעות מאייד קרן אלקטרונים, ניקל הפקדה וזהב בעובי של 5 ו -45 ננומטר, בהתאמה, על דגימת הגרפן. החל את תהליך הפוטוליתוגרפיה הראשון באמצעות מסיכה A לצורך סידור האלקטרודות. ספין AZ 5214E חיובי photoresist על הדגימה ב 2, 000 סיבובים לדקה במשך 45 שניות ולרפא את הדגימה ב 120 מעלות צלזיוס במשך דקה אחת.ממקמים את הדגימה במערכת החשיפה להצפות אולטרה סגולות וחושפים אותה למשך כ-10 שניות מתחת ל-200 מילז'ולים לסנטימטר מרובע. פתח את הדגימה עם מפתח פוטורסיסט AZ 300 MIF למשך כשתי דקות ולאחר מכן שטפו במים שעברו דה-יוניזציה. לטבול את הדגימה בתחריט זהב כדי לחרוט את שכבת הזהב למשך 10 שניות, לשטוף במים שעברו דה-יוניזציה ולהסיר את השכבה הפוטורסיסטית הנותרת על ידי טבילה באצטון למשך 10 דקות.באמצעות אצטון, אלכוהול איזופרופיל ומים שעברו דה-יוניזציה, שטפו את הדגימה ולאחר מכן אפייה על צלחת חמה בטמפרטורה של 75 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות. לאחר מכן, החל את תהליך הפוטוליתוגרפיה השני באמצעות מסיכה B כדי לעצב את ערוצי הגרפן. לטבול את הדגימה בתחריט ניקל ב 60 מעלות צלזיוס כדי לחרוט את שכבת הניקל במשך 10 שניות.יש לשטוף במים שעברו דה-יוניזציה ולהתייבש באמצעות חנקן. מניחים את הדגימה בפלזמה אשר ומסירים את הגרפן החשוף באמצעות פלזמת חמצן. מאוחר יותר, הסר את השכבה הפוטורסיסטית על ידי טבילה באצטון למשך 10 דקות.שטפו את הדגימה באמצעות אצטון, IPA ומים שעברו דה-יוניזציה ואופים על צלחת חמה בטמפרטורה של 75 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות. החל את תהליך הפוטוליתוגרפיה השלישי באמצעות מסיכה C כדי לעצב את שכבת הפוטו-ריסט של הפסיביציה כדי להגן על הגרפן הבסיסי על המצע. השתמש באותם פרמטרים של תהליך שהוזכרו קודם לכן, כולל סיבוב עם פוטוריסט חיובי, ריפוי המדגם ופיתוח עם מפתח פוטורסיסט.מאוחר יותר, לטבול את הדגימה בתחריט ניקל ב 60 מעלות צלזיוס במשך 10 שניות כדי להסיר את שכבת הניקל הנותרת, ולאחר מכן לשטוף עם מים deionized לנשוף יבש באמצעות חנקן. לבסוף, אופים את הדגימה על צלחת חמה ב 120 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות. התוצאות הייצוגיות מראות את הגרפן CVD המועבר המאופיין ברמאן ובמיקרוסקופיה של הכוח האטומי.פסגת G והפסגות הדו-ממדיות של תמונת ראמאן נותנות מידע מקיף על קיומו ואיכותו של הגרפן החד-שכבתי המועבר. האיור מראה ביוסנסור EEG FET משולב עם אלקטרודת ייחוס כסף סטנדרטית בכסף כלוריד וקידוח פולידימתיל סילוקסן להכלת הדגימה. יתר על כן, התצוגה המוגדלת של תעלת הגרפן מדגימה את החיבור לאלקטרודת המקור לקרקע, לניקוז ולאלקטרודות השער למקור.PBASE, מגיב פונקציונליזציה נפוץ עבור גרפן, יכול להיספג על פני השטח של גרפן באמצעות אינטראקציה pi-pi מבלי לפגוע בתכונות החשמליות של גרפן. אפטמר IgG בעל 5 פריימים שעבר שינוי אמינו מצומד עם PBASE על ידי קשרי הקשרים האמידיים בין אסטר ה-IgG הריאקטיבי להידרוקסי-6 סינמיד ב-PBASE, לבין קבוצת האמין בקצה ה-5-prime של אפטמר ה-IgG. דגירה של אלבומין בסרום בקר שימשה לחסימת האתרים הנותרים שאינם מחוברים לאחר שטיפת המכשיר עם PBS חד-חוזק האיור מראה את זיהוי ה-IgG בתנאי אלקטרוליטים שונים.איכות הגרפן היא המפתח לביצועים הטובים ביותר של מכשיר זה. לכן במהלך תחריט פלזמה, יש להבטיח כי הפלזמה אינה פוגעת באזורים השימושיים של הגרפן. כמו כן, יש לנקות את שאריות ה-PMMA לחלוטין כדי לקבל משטח גרפן נקי.המכשיר הפונקציונלי מראה תוצאות עקביות באיתור נוגדן IgG אנושי, כך שההליך יכול לשמש כהפניה לבניית מכשירים עם ננו-חומרים אחרים כדי לחקור אינטראקציות ממשק וביוסנסינג.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

סינתזה וFunctionalization גביעי Nanotube פחמן חנקן מסומם עם חלקיקי זהב כפקקים

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

פיתוח של התקנים 3D גראפן אלקטרודה dielectrophoretic

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

המצאה של השער-מתכונן התקני גראפן לסריקה מיקרוסקופית מנהור מחקרים עם זיהומים קולון

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

הפחתה מושרה באור הנראה של גראפן אוקסיד שימוש Plasmonic Nanoparticle

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

סינתזה וFunctionalization של חומרים ננו-גרפן 3D: הרכבות מאקרו Aerogels גראפן וגראפן

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

השפעת הכיפוף על המאפיינים החשמליים של יחיד אורגני גמיש קריסטל מבוססות טרנזיסטורים שדה ותוצאה

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

לחץ אטמוספירי ייצור של פתיתי בשכבה יחידה מדוד גדול מלבני SnSe

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

הנחיות וניסיון באמצעות הדמיה סמן Explorer (יעל) עבור 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

ייצור Polyhedrons מבוססי גראפן תלת מימדי באמצעות אוריגמי דמוי עצמי מתקפלים

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

הכנה של גראפן נוזלי תאים התצפית של חומר סוללת ליתיום-יון

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