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

Eksperimentene ble utført ved West Virginia University. Vi anerkjenner shared research fasiliteter ved West Virginia University for enhet fabrikasjon og material karakterisering. Dette arbeidet ble støttet av US National Science Foundation under Grant No. NSF1916894.

1. Overføring av kjemisk dampavsetning av grafen
<ol><li>Klipp grafenplaten på et kobbersubstrat i halvparten (2,5 cm x 5 cm) ved hjelp av saks. Påfør varmebestandig tape for å fikse de fire hjørnene av grafentorget på en spinnerpakning (se Materialtabell). MERK: Den kjøpte grafen har en dimensjon på 5 cm x 5 cm (se Materialtabell).</li>
	<li>Spin-coat arket av grafen med et tynt lag (100-200 nm) av PMMA 495K A4 spinner ved 500 rpm for 10 s og deretter 2000...

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

Den kjøpte CVD-grafen på kobberfilm må trimmes til riktig størrelse for følgende fabrikasjonstrinn. Kutting av filmene kan forårsake rynker, noe som må forhindres. Parametrene i fabrikasjonstrinnet kan refereres til for plasmaetsing av grafen, og disse tallene kan varieres ved bruk av forskjellige instrumenter. Den etsede prøven må overvåkes nøye og inspiseres for å sikre fullstendig grafenetsing. Flere forrensingsmetoder kan brukes til å rengjøre substratene, for eksempel sonikering i aceton, IPA og DI-van...

Grafen og dets derivater har blitt undersøkt og brukt til mange bruksområder, inkludert elektronikk 1,2, sensing 3,4,5, energilagring 6,7, og fotokaalyse 1,6,8. Syntese og fabrikasjon av høy kvalitet, god ensartethet og lave feil grafen er avgjørende for høy ytelse og svært følsomme enheter. Siden utviklingen av Kjemisk dampavsetning (CVD) i 2009, har den vist kolossalt løfte og satt sin plass som et viktig medlem av grafenfamilien 9,10,11,12,13. Den vokser på et metallsubstrat og overføres senere til praktisk bruk til isolerende substrater14. Flere overføringsmetoder har nylig blitt brukt til å overføre CVD-grafen. Den assisterte metoden for poly (metylmetakrylat) (PMMA) er den mest brukte blant de forskjellige teknikkene. Denne metoden er spesielt godt egnet for industriell bruk på grunn av sin store kapasitet, lavere kostnader og høy kvalitet på den overførte grafen14,15. Det kritiske aspektet ved denne metoden er å kvitte seg med PMMA-rester for CVD-grafenapplikasjoner fordi rester kan forårsake deklinasjon av de elektroniske egenskapene til grafen 14,15,16, forårsake en effekt på biosensorenes følsomhet og ytelse 17,18, og skape betydelige enhets-til-enhet variasjoner19.
Nanomaterialer-baserte biosensorer har blitt betydelig undersøkt de siste tiårene, inkludert silisium nanotråd (SiNW), karbonnanorør (CNT) og grafen20. På grunn av sin enkelt-atom-lag struktur og særegne egenskaper, grafen demonstrerer overlegne elektroniske egenskaper, god biokompatibilitet, og facile funksjonalisering, noe som gjør det til et attraktivt materiale for å utvikle biosensorer 14,21,22,23. På grunn av felteffekttransistorer (FET) egenskaper som høy følsomhet, standardkonfigurasjon og kostnadseffektiv masseproduserbarhet21,24, er FET mer foretrukket i bærbare og pleie-implementeringer enn andre elektronikkbaserte biosensing-enheter. De elektrolyttportede grafenfelteffekttransistor (EGGFET) biosensorene er eksempler på de oppgitte FETene 21,24. EGGFET kan oppdage ulike målrettingsanalytter som nukleinsyrer25, proteiner 24,26, metabolitter27 og andre biologisk relevante analytter28. Teknikken nevnt her sikrer implementering av CVD grafen i en etikettfri biosensing nanoelektronikk enhet som gir høyere følsomhet og nøyaktig tidsdeteksjon over andre biosensing enheter29.
I dette arbeidet demonstreres en overordnet prosess for å utvikle en EGGFET biosensor og funksjonalisere den for biomarkørdeteksjon, inkludert overføring av CVD-grafen til et isolerende substrat, Raman og AFM-karakteriseringer av den overførte grafen. Videre diskuteres også fabrikasjon av EGGFET og integrasjon med en polydimetylsiloksan (PDMS) prøveleveringsbrønn, bioreseptorfunksjonalisering og vellykket deteksjon av human immunoglobulin G (IgG) fra serum ved spike-and-recovery-eksperimenter her.

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

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

I den nåværende studien har grafen og dets derivater blitt undersøkt og brukt til mange bruksområder, inkludert elektronikk, sensing, energilagring og fotokaalyse. Syntese og fabrikasjon av høy kvalitet, god ensartethet og lave feil grafen er avgjørende for høy ytelse og svært følsomme enheter. Blant mange syntesemetoder kan kjemisk dampavsetning (CVD), betraktet som en ledende tilnærming til fremstilling av grafen, kontrollere antall grafenlag og gi grafen av høy kvalitet. CVD grafen må overføres fra metallsubstratene som det dyrkes på til isolerende substrater for praktiske applikasjoner. Separasjon og overføring av grafen til nye substrater er imidlertid utfordrende for et jevnt lag uten å skade eller påvirke grafens strukturer og egenskaper. I tillegg har elektrolyttportet grafenfelteffekttransistor (EGGFET) blitt demonstrert for sine brede bruksområder i ulike biomolekylære deteksjoner på grunn av sin høye følsomhet og standard enhetskonfigurasjon. I denne artikkelen demonstreres poly (metylmetakrylat) (PMMA)-assistert grafenoverføringstilnærming, fabrikasjon av grafenfelteffekttransistor (GFET) og biomarkørimmunoglobulin G (IgG) deteksjon. Raman spektroskopi og atomkraftmikroskopi ble brukt for å karakterisere den overførte grafen. Metoden er vist å være en praktisk tilnærming for overføring av rene og rester-fri grafen samtidig bevare underliggende grafen gitter på et isolerende substrat for elektronikk eller biosensing applikasjoner.

De representative resultatene viser den overførte CVD-grafenen preget av henholdsvis Raman og AFM. G-toppen og 2D-toppene i Raman-bildet gir omfattende informasjon om eksistensen og kvaliteten på den overførte monolayergrafen32 (figur 1). Standard litografiprosesser30,31 ble brukt til fremstilling av GFET-enheten, som vist i figur 2. Figur 3 viser ...

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

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

Den nåværende protokollen demonstrerer utviklingen av elektrolyttportet grafenfelteffekttransistor (EGGFET) biosensor og dens anvendelse i biomarkør immunoglobulin G (IgG) deteksjon.

Utvikling og funksjonalisering av elektrolyttportet grafen felteffekttransistor for biomarkørdeteksjon

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

Metoden fjerner effektivt PMMA-rester samtidig som det underliggende grafengitteret bevares. Den funksjonelle enheten viser konsistente resultater i å oppdage IgG-antistoffer i blodserum. Protokollen sikrer også implementering av CVD-grafen i en etikettfri biosensing-enhet i sanntid.Trinnene er ganske enkle og kan gjøres med minimal trening. Enheten tilbyr høy selektivitet, høy følsomhet og sanntidsdeteksjon over andre biosensing-enheter Begynn med å kutte grafenarket på et kobbersubstrat i halvparten ved hjelp av en skalpell. Påfør varmebestandig tape for å fikse de fire hjørnene av grafentorget på en spinnerpakning.Snurr det firkantede arket i grafenen med et tynt lag på 100 til 200 nanometer PMMA 495K A4, spinner med 500 rotasjoner per minutt i 10 sekunder, og deretter 2000 rotasjoner per minutt i 50 sekunder. Deretter baker du prøven ved 150 grader Celsius i fem minutter. Fjern baksiden av grafen med oksygenplasma ved 30 watt ved hjelp av en hastighetsstrøm på 15 standard kubikkcentimeter per minutt i fem minutter.Klipp den plasmabehandlede grafenplassen i en dimensjon på en centimeter bredde og to centimeter høyde for enhetsproduksjon. Klipp det forhåndsrengjorte silikasubstratet i små biter med en omtrentlig fire centimeter bredde og to centimeter høyde. Ets kobberet ved hjelp av grafen etchant jernklorid uten fortynning.Flyt prøven med kobbersiden ned og PMMA-siden opp på væskeets etchant. Etter kobberetsing løfter du grafenfilmen sakte ved hjelp av det plasmabehandlede substratet. Lufttørk den overførte grafenfilmen i to timer, og stek deretter på en varm tallerken.For å fjerne PMMA, start med å varme opp prøven med acetondamp ved 70 grader Celsius ved å holde prøven omtrent to centimeter over acetondamp i fire minutter med PMMA-siden vendt ned. Senk deretter prøven i aceton i fem minutter. Vask prøven med deionisert vann forsiktig.Til slutt, blås forsiktig tørr prøven med nitrogen. Vask substratet med det overførte grafen ved hjelp av aceton, isopropylalkohol og deionisert vann. Deretter baker du substratet på en varm tallerken ved 75 grader Celsius i 30 minutter.Ved hjelp av en elektronstrålefordamper, deponer nikkel og gull på henholdsvis 5 og 45 nanometertykkelse på grafenprøven. Påfør den første fotolitografiprosessen ved hjelp av maske A for mønster av elektrodene. Spinn AZ 5214E positiv fotoresist på prøven ved 2000 rotasjoner per minutt i 45 sekunder og kurer prøven ved 120 grader Celsius i ett minutt.Plasser prøven i det ultrafiolette flomeksponeringssystemet og utsett den i omtrent 10 sekunder under 200 millijoule per kvadratcentimeter. Utvikle prøven med en fotoresistutvikler AZ 300 MIF i omtrent to minutter og skyll deretter med deionisert vann. Senk prøven i en gulleterkant for å etse gulllaget i 10 sekunder, skyll med deionisert vann, og fjern det gjenværende fotoresistlaget ved å fordype seg i aceton i 10 minutter.Bruk aceton, isopropylalkohol og deionisert vann, vask prøven etterfulgt av baking på en varm plate ved 75 grader Celsius i 30 minutter. Bruk deretter den andre fotolittografiprosessen ved hjelp av maske B for å mønstre grafenkanalene. Senk prøven i nikkel etchant ved 60 grader Celsius for å etse nikkellaget i 10 sekunder.Skyll med deionisert vann og blås tørt med nitrogen. Plasser prøven i plasma asher og fjern den eksponerte grafen ved hjelp av oksygenplasma. Senere fjerner du fotoresistlaget ved å fordype seg i aceton i 10 minutter.Vask prøven med aceton, IPA og deionisert vann og stek på en varm plate ved 75 grader Celsius i 30 minutter. Bruk den tredje fotolitografiprosessen ved hjelp av maskE C for å mønstre passivasjonsfotoresistlaget for å beskytte det underliggende grafen på underlaget. Bruk de samme prosessparametrene som tidligere nevnt, inkludert spinning med positiv fotoresist, herding av prøven og utvikling med fotoresistutvikler.Senk senere prøven i nikkel etchant ved 60 grader Celsius i 10 sekunder for å fjerne det gjenværende nikkellaget, og skyll deretter med deionisert vann og blås tørt ved hjelp av nitrogen. Til slutt baker du prøven på en varm tallerken ved 120 grader Celsius i 30 minutter. De representative resultatene viser den overførte CVD grafen preget av Raman og atomkraftmikroskopi.G-toppen og de todimensjonale toppene i Raman-bildet gir omfattende informasjon om eksistensen og kvaliteten på den overførte monolayergrafen. Figuren viser EEG FET biosensor integrert med et standard sølv i sølvkloridreferanseelektrode og en polydimetylsiloksanbrønn for å inneholde prøven. Videre demonstrerer den forstørrede visningen av grafenkanalen forbindelsen til kildeelektroden til bakken, avløpet og portelektrodene til kilden.PBASE, et mye brukt funksjonaliseringsreagens for grafen, kan absorberes på grafenoverflaten gjennom en pi-pi interaksjon uten å skade grafenens elektriske egenskaper. En 5-prime amino-modifisert IgG aptamer er konjugert med PBASE av amide bond linkages mellom reaktive og hydroxy-6 cinnamide ester i PBASE, og amine gruppen på 5-prime enden av IgG aptamer. Bovine serum albumin inkubasjon ble brukt til å blokkere de gjenværende ukonjugede stedene etter skylling av enheten med en-styrke PBS Figuren viser IgG-deteksjon under forskjellige elektrolyttforhold.Kvaliteten på grafen er nøkkelen til den beste ytelsen til denne enheten. Så under plasmaetsing må det sikres at plasmaet ikke skader de nyttige områdene i grafen. Også PMMA-rester må rengjøres helt for å få en ren grafenoverflate.Den funksjonelle enheten viser konsistente resultater i å oppdage menneskelig IgG-antistoff, slik at prosedyren kan brukes som referanse for å bygge enheter med andre nanomaterialer for å studere grensesnittinteraksjoner og biosensing.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Syntese og Funksjonalisering av Nitrogen-dopet karbon nanorør kopper med gull nanopartikler som Cork Propper

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

Utvikling av en 3D Graphene elektrode Dielectrophoretic Device

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

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

Fabrikasjon av Gate-tunbare Graphene enheter for scanning tunneling mikroskopi Studier med Coulomb Urenheter

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

Synlig lys indusert reduksjon i Graphene Oxide Bruke Plasmonic Nanopartikkel

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

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

Syntese og funksjon av 3D Nano-graphene Materialer: Graphene aerogels og Graphene Makro Assemblies

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

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

Effekt av Bending på elektriske egenskaper Fleksibel Organic én krystall-baserte felt-effekt transistorer

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

Lufttrykk fabrikasjon av store enkeltlags-rektangulære SnSe Flakes

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

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

Guidelines and Experience Using Imaging Biomarker Explorer IBEX for Radiomics

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

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

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

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

Fabrikasjon av tredimensjonale Grafén-baserte Polyhedrons via Origami-lignende selv Folding

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

Utarbeidelse av Graphene væske celler for observasjon av litium-ion batteri materiale

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