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

Gli esperimenti sono stati condotti presso la West Virginia University. Riconosciamo le strutture di ricerca condivise presso la West Virginia University per la fabbricazione dei dispositivi e la caratterizzazione dei materiali. Questo lavoro è stato sostenuto dalla NATIONAL Science Foundation degli Stati Uniti sotto Grant No. NSF1916894.

1. Trasferimento della deposizione chimica da vapore del grafene
<ol><li>Tagliare il foglio di grafene su un substrato di rame a metà (2,5 cm x 5 cm) usando le forbici. Applicare del nastro termoresistente per fissare i quattro angoli del quadrato di grafene su una guarnizione di spinner (vedere Tabella dei materiali). NOTA: Il grafene acquistato ha una dimensione di 5 cm x 5 cm (vedi Tabella dei materiali).</li>
	<li>Spin-coat il foglio del grafene con uno strato ...

<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>

Il grafene CVD acquistato su film di rame deve essere tagliato alla giusta dimensione per le seguenti fasi di fabbricazione. Il taglio dei film può causare rughe, che devono essere prevenute. I parametri forniti nella fase di fabbricazione possono essere indicati per l'incisione al plasma del grafene e questi numeri potrebbero essere variati quando si utilizzano strumenti diversi. Il campione inciso deve essere attentamente monitorato e ispezionato per garantire un'incisione completa al grafene. È possibile applicare p...

Il grafene e i suoi derivati sono stati studiati e utilizzati per molte applicazioni, tra cui l'elettronica 1,2, il rilevamento 3,4,5, l'accumulo di energia 6,7 e la fotocatalisi 1,6,8. La sintesi e la fabbricazione di alta qualità, buona uniformità e bassi difetti il grafene sono fondamentali per dispositivi ad alte prestazioni e altamente sensibili. Dallo sviluppo della deposizione chimica da vapore (CVD) nel 2009, ha mostrato una promessa colossale e ha posto il suo posto come membro essenziale della famiglia del grafene 9,10,11,12,13. Viene coltivato su un substrato metallico e, successivamente per usi pratici, viene trasferito su substrati isolanti14. Diversi metodi di trasferimento sono stati utilizzati per trasferire il grafene CVD di recente. Il metodo poli (metilmetacrilato) (PMMA) assistito è il più utilizzato tra le diverse tecniche. Questo metodo è particolarmente adatto per l'uso industriale a causa della sua capacità su larga scala, del costo inferiore e dell'alta qualità del grafene trasferito14,15. L'aspetto critico di questo metodo è l'eliminazione del residuo di PMMA per le applicazioni del grafene CVD perché i residui possono causare la declinazione delle proprietà elettroniche del grafene 14,15,16, causare un effetto sulla sensibilità e sulle prestazioni dei biosensori 17,18 e creare variazioni significative da dispositivo a dispositivo19.
I biosensori basati su nanomateriali sono stati significativamente studiati negli ultimi decenni, tra cui nanofili di silicio (SiNW), nanotubi di carbonio (CNT) e grafene20. A causa della sua struttura a strato di singolo atomo e delle sue proprietà distintive, il grafene dimostra caratteristiche elettroniche superiori, una buona biocompatibilità e una facile funzionalizzazione, rendendolo un materiale attraente per lo sviluppo di biosensori 14,21,22,23. A causa delle caratteristiche dei transistor ad effetto di campo (FET) come alta sensibilità, configurazione standard e producibilità di massaeconomica 21,24, il FET è più preferito nelle implementazioni portatili e point-of-care rispetto ad altri dispositivi di biorilevamento basati sull'elettronica. I biosensori a transistor a effetto di campo del grafene elettrolitico-gated (EGGFET) sono esempi dei FETdichiarati 21,24. EGGFET è in grado di rilevare vari analiti bersaglio come gli acidi nucleici25, le proteine 24,26, i metaboliti27 e altri analiti biologicamente rilevanti28. La tecnica qui menzionata garantisce l'implementazione del grafene CVD in un dispositivo nanoelettronico di biorilevamento privo di etichette che offre una maggiore sensibilità e un rilevamento accurato del tempo rispetto ad altri dispositivi di biorilevamento29.
In questo lavoro, viene dimostrato un processo complessivo per lo sviluppo di un biosensore EGGFET e la sua funzionalizzazione per il rilevamento di biomarcatori, incluso il trasferimento di grafene CVD su un substrato isolante, raman e caratterizzazioni AFM del grafene trasferito. Inoltre, la fabbricazione di EGGFET e l'integrazione con un pozzo di consegna del campione di polidimetilsilossano (PDMS), la funzionalizzazione del biorecettore e il rilevamento di successo dell'immunoglobulina G umana (IgG) dal siero mediante esperimenti spike-and-recovery sono anche discussi qui.

<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

Nel presente studio, il grafene e i suoi derivati sono stati studiati e utilizzati per molte applicazioni, tra cui elettronica, rilevamento, accumulo di energia e fotocatalisi. La sintesi e la fabbricazione di alta qualità, buona uniformità e bassi difetti il grafene sono fondamentali per dispositivi ad alte prestazioni e altamente sensibili. Tra i molti metodi di sintesi, la deposizione chimica da vapore (CVD), considerata un approccio leader per la produzione di grafene, può controllare il numero di strati di grafene e produrre grafene di alta qualità. Il grafene CVD deve essere trasferito dai substrati metallici su cui viene coltivato su substrati isolanti per applicazioni pratiche. Tuttavia, la separazione e il trasferimento del grafene su nuovi substrati sono difficili per uno strato uniforme senza danneggiare o influenzare le strutture e le proprietà del grafene. Inoltre, il transistor a effetto di campo in grafene elettrolitico -gated (EGGFET) è stato dimostrato per le sue ampie applicazioni in varie rilevazioni biomolecolari a causa della sua elevata sensibilità e configurazione standard del dispositivo. In questo articolo, vengono dimostrati l'approccio di trasferimento del grafene assistito da poli (metilmetacrilato) (PMMA), la fabbricazione del transistor a effetto di campo del grafene (GFET) e il rilevamento di immunoglobuline G (IgG) biomarcatori. La spettroscopia Raman e la microscopia a forza atomica sono state applicate per caratterizzare il grafene trasferito. Il metodo si è dimostrato essere un approccio pratico per trasferire grafene pulito e privo di residui preservando il reticolo di grafene sottostante su un substrato isolante per applicazioni elettroniche o di biorilevamento.

I risultati rappresentativi mostrano il grafene CVD trasferito caratterizzato rispettivamente da Raman e AFM. Il picco G e i picchi 2D dell'immagine Raman forniscono informazioni complete sull'esistenza e la qualità del grafenemonostrato 32 trasferito (Figura 1). Processi litografici standard 30,31 sono stati applicati per fabbricare il dispositivo GFET, come mostrato nella Figura 2</stro...

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

Il presente protocollo dimostra lo sviluppo del biosensore EGGFET (Electrolyte-gated Graphene Field-Effect Transistor) e la sua applicazione nel rilevamento di immunoglobuline G (IgG) biomarcatori.

Sviluppo e funzionalizzazione di transistor ad effetto di campo in grafene elettrolitico-gated per il rilevamento di biomarcatori

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

Il metodo rimuove efficacemente i residui di PMMA preservando il reticolo di grafene sottostante. Il dispositivo funzionale mostra risultati coerenti nel rilevamento degli anticorpi IgG nel siero del sangue. Inoltre, il protocollo garantisce l'implementazione del grafene CVD in un dispositivo di biorilevamento in tempo reale e privo di etichette.I passaggi sono piuttosto semplici e possono essere eseguiti con un allenamento minimo. Il dispositivo offre un'elevata selettività, alta sensibilità e rilevamento in tempo reale rispetto ad altri dispositivi di biorilevamento Inizia tagliando il foglio di grafene su un substrato di rame a metà usando un bisturi. Applicare del nastro resistente al calore per fissare i quattro angoli del quadrato di grafene su una guarnizione di spinner.Rivestire il foglio quadrato del grafene con uno strato sottile da 100 a 200 nanometri di PMMA 495K A4, ruotando a 500 rotazioni al minuto per 10 secondi e poi 2.000 rotazioni al minuto per 50 secondi. Quindi, cuocere il campione a 150 gradi Celsius per cinque minuti. Rimuovere il retro del grafene con plasma di ossigeno a 30 watt utilizzando un flusso di velocità di 15 centimetri cubici standard al minuto per cinque minuti.Tagliare il quadrato di grafene trattato al plasma in una dimensione di un centimetro di larghezza e due centimetri di altezza per la fabbricazione del dispositivo. Tagliare il substrato di silice pre-pulito in piccoli pezzi con una larghezza approssimativa di quattro centimetri e un'altezza di due centimetri. Incidere il rame usando il cloruro ferrico grafene etchant senza diluizione.Far galleggiare il campione con il lato in rame verso il basso e il lato pmMA verso l'alto sull'etchant liquido. Dopo l'incisione del rame, sollevare lentamente il film di grafene utilizzando il substrato trattato al plasma. Asciugare all'aria il film di grafene trasferito per due ore, quindi cuocere su una piastra calda.Per rimuovere il PMMA, iniziare riscaldando il campione con vapore di acetone a 70 gradi Celsius mantenendo il campione circa due centimetri sopra il vapore di acetone per quattro minuti con il lato PMMA rivolto verso il basso. Quindi, immergere il campione in acetone per cinque minuti. Lavare il campione con acqua deionizzata con cautela.Infine, asciugare delicatamente il campione con azoto. Lavare il substrato con il grafene trasferito utilizzando acetone, alcool isopropilico e acqua deionizzata. Quindi, cuocere il substrato su una piastra calda a 75 gradi Celsius per 30 minuti.Utilizzando un evaporatore a fascio di elettroni, depositare nichel e oro di 5 e 45 nanometri di spessore, rispettivamente, sul campione di grafene. Applicare il primo processo di fotolitografia utilizzando la maschera A per la modellazione degli elettrodi. Ruotare az 5214E fotoresiste positivo sul campione a 2.000 rotazioni al minuto per 45 secondi e polimerizzare il campione a 120 gradi Celsius per un minuto.Posizionare il campione nel sistema di esposizione alle inondazioni ultraviolette ed esporlo per circa 10 secondi sotto i 200 millijoule per centimetro quadrato. Sviluppare il campione con uno sviluppatore fotoresist AZ 300 MIF per circa due minuti e quindi risciacquare con acqua deionizzata. Immergere il campione in un'incisione dorata per incidere lo strato d'oro per 10 secondi, risciacquare con acqua deionizzata e rimuovere lo strato di fotoresist rimanente immergendolo nell'acetone per 10 minuti.Usando acetone, alcool isopropilico e acqua deionizzata, lavare il campione seguito dalla cottura su una piastra calda a 75 gradi Celsius per 30 minuti. Quindi, applicare il secondo processo di fotolitografia utilizzando la maschera B per modellare i canali del grafene. Immergere il campione in nichel etchant a 60 gradi Celsius per incidere lo strato di nichel per 10 secondi.Risciacquare con acqua deionizzata e asciugare con azoto. Posizionare il campione nell'asher al plasma e rimuovere il grafene esposto utilizzando plasma di ossigeno. Successivamente, rimuovere lo strato di fotoresistenza immergendolo nell'acetone per 10 minuti.Lavare il campione con acetone, IPA e acqua deionizzata e cuocere su una piastra calda a 75 gradi Celsius per 30 minuti. Applicare il terzo processo di fotolitografia utilizzando la maschera C per modellare lo strato di fotoresiste di passivazione per proteggere il grafene sottostante sul substrato. Utilizzare gli stessi parametri di processo menzionati in precedenza, tra cui la rotazione con photoresist positivo, la polimerizzazione del campione e lo sviluppo con lo sviluppatore photoresist.Successivamente, immergere il campione in etchant di nichel a 60 gradi Celsius per 10 secondi per rimuovere lo strato di nichel rimanente, quindi risciacquare con acqua deionizzata e asciugare con azoto. Infine, cuocere il campione su una piastra calda a 120 gradi Celsius per 30 minuti. I risultati rappresentativi mostrano il grafene CVD trasferito caratterizzato da Microscopia Raman e forza atomica.Il picco G e i picchi bidimensionali dell'immagine Raman forniscono informazioni complete sull'esistenza e la qualità del grafene monostrato trasferito. La figura mostra il biosensore EEG FET integrato con un elettrodo di riferimento standard di argento in cloruro d'argento e un pozzo di polidimetilsilossano per contenere il campione. Inoltre, la vista ingrandita del canale del grafene dimostra la connessione all'elettrodo sorgente al terreno, allo scarico e agli elettrodi gate alla sorgente.PBASE, un reagente di funzionalizzazione ampiamente utilizzato per il grafene, può essere assorbito sulla superficie del grafene attraverso un'interazione pi-pi senza danneggiare le proprietà elettriche del grafene. Un aptamero IgG ammino-modificato a 5 primi è coniugato con PBASE dai legami di legame ammidico tra l'estere cinnamide reattivo e idrossi-6 in PBASE e il gruppo amminico sull'estremità a 5 primi dell'aptamero IgG. L'incubazione di albumina sierica bovina è stata utilizzata per bloccare i restanti siti non coniugati dopo il risciacquo del dispositivo con PBS a singola forza La figura mostra il rilevamento di IgG in diverse condizioni elettrolitiche.La qualità del grafene è la chiave per le migliori prestazioni di questo dispositivo. Quindi, durante l'incisione al plasma, è necessario assicurarsi che il plasma non danneggi le regioni utili del grafene. Inoltre, i residui di PMMA devono essere puliti del tutto per ottenere una superficie di grafene pulita.Il dispositivo funzionale mostra risultati coerenti nel rilevamento di anticorpi IgG umani, quindi la procedura può essere utilizzata come riferimento per costruire dispositivi con altri nanomateriali per studiare le interazioni di interfaccia e il biorilevamento.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Sintesi e funzionalizzazione di azoto drogati Coppe nanotubi di carbonio con nanoparticelle di oro come tappi di sughero

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

Ricerca

Ingegneria

Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

Sviluppo di un dispositivo 3D grafene elettrodi dielettroforetiche

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

Fabbricazione di gate-sintonizzabili dispositivi di grafene per effetto tunnel studi di microscopia con Coulomb impurità

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

Luce visibile riduzione indotta di grafene ossido Usando nanoparticelle plasmoniche

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

Sintesi e funzionalizzazione di 3D Materials Nano-grafene: grafene Aerogels e grafene Assemblee Macro

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

Effetto di piegare sulle caratteristiche elettriche di transistor ad effetto di campo basati su cristallo Flexible Organic singolo

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

Pressione atmosferica fabbricazione di fiocchi di medie e grandi monostrato rettangolare 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

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Linee guida ed esperienza utilizzando Imaging Biomarker Explorer (IBEX) per 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

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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

Preparazione delle cellule di Graphene liquido per l'osservazione di materiale batteria agli ioni di litio

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