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

Os experimentos foram realizados na Universidade de West Virginia. Reconhecemos as Instalações de Pesquisa Compartilhada da Universidade de West Virginia para fabricação de dispositivos e caracterização de materiais. Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA sob o Grant No. NSF1916894.

1. Transferência de deposição de vapor químico do grafeno
<ol><li>Corte a folha de grafeno em um substrato de cobre ao meio (2,5 cm x 5 cm) usando uma tesoura. Aplique fita resistiva de calor para fixar os quatro cantos do quadrado de grafeno em uma junta giratória (ver Tabela de Materiais). NOTA: O grafeno adquirido tem uma dimensão de 5 cm x 5 cm (ver Tabela de Materiais).</li>
	<li>Reveste a folha do grafeno com uma camada fina (100-200 nm) de PMMA 495K A4 ...

<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>

O grafeno CVD adquirido em filme de cobre precisa ser aparado ao tamanho certo para as seguintes etapas de fabricação. O corte dos filmes pode causar enrugamento, o que precisa ser evitado. Os parâmetros fornecidos na etapa de fabricação podem ser referidos para gravura plasmática de grafeno, e esses números podem ser variados ao usar diferentes instrumentos. A amostra gravada deve ser monitorada e inspecionada de perto para garantir a gravação completa do grafeno. Vários métodos de pré-limpeza podem ser apli...

O grafeno e seus derivados têm sido investigados e utilizados para muitas aplicações, incluindo eletrônicos 1,2, detecçãode 3,4,5, armazenamento de energia 6,7 e fotocatálise 1,6,8. Síntese e fabricação de alta qualidade, boa uniformidade e baixo grafeno de defeitos são fundamentais para dispositivos de alto desempenho e altamente sensíveis. Desde o desenvolvimento da Deposição de Vapor Químico (DCV), em 2009, mostrou uma promessa colossal e estabeleceu seu lugar como membro essencial da família grafeno 9,10,11,12,13. É cultivado em um substrato metálico e, posteriormente para usos práticos, é transferido para substratos isolantes14. Vários métodos de transferência têm sido usados para transferir grafeno CVD recentemente. O método assistido poli (metil metil) (PMMA) é o mais utilizado entre as diferentes técnicas. Este método é particularmente adequado para o uso industrial devido à sua capacidade em larga escala, menor custo e alta qualidade do grafeno transferido14,15. O aspecto crítico deste método é livrar-se do resíduo PMMA para aplicações de grafeno DCV, pois os resíduos podem causar a diminuição das propriedades eletrônicas do grafeno 14,15,16, causar um efeito na sensibilidade e desempenho dos biosensores 17,18, e criar variações significativas de dispositivo para dispositivo19.
Biosensores baseados em nanomateriais têm sido significativamente investigados nas últimas décadas, incluindo nanofio de silício (SiNW), nanotubo de carbono (CNT) e grafeno20. Devido à sua estrutura de camada de átomo único e propriedades distintas, o grafeno demonstra características eletrônicas superiores, boa biocompatibilidade e funcionalidade fácil, tornando-se um material atraente para o desenvolvimento de biosensores 14,21,22,23. Devido a características de transistores de efeito de campo (FET), como alta sensibilidade, configuração padrão e produtibilidade de massaeconômica 21,24, o FET é mais preferido em implementações portáteis e point-of-care do que outros dispositivos de biosensibilidade baseados em eletrônicos. Os biosensores de efeito de campo de grafeno com portão de eletrólito (EGGFET) são exemplos dos FETs21,24 indicados. EggFET pode detectar vários analitos de alvo, como ácidos nucleicos25, proteínas 24,26, metabólitos27 e outros analitos biologicamente relevantes28. A técnica aqui mencionada garante a implementação do grafeno CVD em um dispositivo nanoeletrônico biosenso sem rótulos que oferece maior sensibilidade e detecção precisa de tempo sobre outros dispositivos de biosensão29.
Neste trabalho, é demonstrado um processo global para o desenvolvimento de um biosensor EGGFET e funcionalizá-lo para detecção de biomarcadores, incluindo a transferência do grafeno CVD para um substrato isolante, raman e caracterizações AFM do grafeno transferido. Além disso, a fabricação de EGGFET e a integração com um poço de entrega de amostras de polidimtilsiloxano (PDMS), a funcionalização do bioreceptor e a detecção bem sucedida da imunoglobulina humana G (IgG) do soro por experimentos de pico e recuperação também são discutidos aqui.

<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

No presente estudo, o grafeno e seus derivados têm sido investigados e usados para muitas aplicações, incluindo eletrônicos, sensoriamento, armazenamento de energia e fotocatálise. Síntese e fabricação de alta qualidade, boa uniformidade e baixo grafeno de defeitos são fundamentais para dispositivos de alto desempenho e altamente sensíveis. Entre muitos métodos de síntese, a deposição de vapor químico (DCV), considerada uma abordagem líder na fabricação do grafeno, pode controlar o número de camadas de grafeno e produzir grafeno de alta qualidade. O grafeno CVD precisa ser transferido dos substratos metálicos nos quais é cultivado em substratos isolantes para aplicações práticas. No entanto, a separação e transferência do grafeno para novos substratos são desafiadoras para uma camada uniforme sem danificar ou afetar as estruturas e propriedades do grafeno. Além disso, o transistor de efeito de campo de grafeno com portão de eletrólito (EGGFET) foi demonstrado por suas amplas aplicações em várias detecções biomoleculares devido à sua alta sensibilidade e configuração padrão do dispositivo. Neste artigo, demonstram-se a abordagem de transferência de grafeno assistido por poli (metil) (PMMA), a fabricação de transistor de efeito de campo de grafeno (GFET) e a detecção de imunoglobulina G (IgG) biomarcadora. A espectroscopia de Raman e a microscopia de força atômica foram aplicadas para caracterizar o grafeno transferido. O método mostra-se uma abordagem prática para transferir grafeno limpo e livre de resíduos, preservando a rede de grafeno subjacente em um substrato isolante para aplicações eletrônicas ou biosensantes.

Os resultados representativos mostram o grafeno DCD transferido caracterizado por Raman e AFM, respectivamente. O pico G e os picos 2D da imagem de Raman dão informações abrangentes sobre a existência e a qualidade do grafeno monocamadotransferido 32 (Figura 1). Os processos de litografia padrão30,31 foram aplicados para a fabricação do dispositivo GFET, conforme mostrado na Figura ...

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

O presente protocolo demonstra o desenvolvimento do biosensor de efeito de campo de grafeno (EGGFET) e sua aplicação na detecção de imunoglobulina G (IgG) biomarcadora.

Desenvolvimento e funcionalização do Transistor de Efeito de Campo de Grafeno Fechado-Eletrólito para Detecção de Biomarcadores

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

O método remove efetivamente o resíduo pmma, preservando a rede de grafeno subjacente. O dispositivo funcional mostra resultados consistentes na detecção de anticorpos IgG no soro sanguíneo. Além disso, o protocolo garante a implementação do grafeno CVD em um dispositivo de biosenso sem rótulos em tempo real.Os passos são bem simples e podem ser feitos com treinamento mínimo. O dispositivo oferece alta seletividade, alta sensibilidade e detecção em tempo real sobre outros dispositivos de biosensograma Begin cortando a folha de grafeno em um substrato de cobre ao meio usando um bisturi. Aplique fita resistente ao calor para fixar os quatro cantos do quadrado de grafeno em uma junta giratória.Gire a folha quadrada do grafeno com uma fina camada de 100 a 200 nanômetros de PMMA 495K A4, girando a 500 rotações por minuto durante 10 segundos e, em seguida, 2.000 rotações por minuto durante 50 segundos. Em seguida, asse a amostra a 150 graus Celsius por cinco minutos. Remova a parte traseira do grafeno com plasma de oxigênio a 30 watts usando um fluxo de taxa de 15 centímetros cúbicos padrão por minuto durante cinco minutos.Corte o quadrado de grafeno tratado com plasma em uma dimensão de largura de um centímetro e altura de dois centímetros para fabricação do dispositivo. Corte o substrato de sílica pré-limpo em pequenos pedaços com uma largura aproximada de quatro centímetros e altura de dois centímetros. Etch o cobre fora usando o cloreto ferrônico etchante de grafeno sem diluição.Flutue a amostra com o lado de cobre para baixo e o lado PMMA para cima no etchante líquido. Após a gravura de cobre, levante o filme de grafeno lentamente usando o substrato tratado com plasma. Seque o filme de grafeno transferido por duas horas, depois asse em um prato quente.Para remover o PMMA, comece aquecendo a amostra com vapor de acetona a 70 graus Celsius, mantendo a amostra aproximadamente dois centímetros acima do vapor de acetona por quatro minutos com o lado PMMA voltado para baixo. Em seguida, mergulhe a amostra em acetona por cinco minutos. Lave a amostra com água deionizada com cautela.Finalmente, seque suavemente a amostra com nitrogênio. Lave o substrato com o grafeno transferido usando acetona, álcool isopropílico e água deionizada. Em seguida, asse o substrato em uma placa quente a 75 graus Celsius por 30 minutos.Usando um evaporador de feixe de elétrons, deposite níquel e ouro de 5 e 45 nanômetros de espessura, respectivamente, na amostra de grafeno. Aplique o primeiro processo de fotolitografia utilizando a máscara A para a padronização dos eletrodos. Gire fotoresist positivo AZ 5214E na amostra a 2.000 rotações por minuto durante 45 segundos e cure a amostra a 120 graus Celsius por um minuto.Coloque a amostra no sistema de exposição a inundações ultravioletas e exponha-a por aproximadamente 10 segundos abaixo de 200 miljoules por centímetro quadrado. Desenvolva a amostra com um desenvolvedor fotoresistista AZ 300 MIF por aproximadamente dois minutos e, em seguida, enxágue com água deionizada. Mergulhe a amostra em um etchant dourado para gravar a camada de ouro por 10 segundos, enxaguar com água desionizada e remover a camada fotoresista restante imergindo em acetona por 10 minutos.Usando acetona, álcool isopropílico e água desionizada, lave a amostra seguida de cozimento em uma placa quente a 75 graus Celsius por 30 minutos. Em seguida, aplique o segundo processo de fotolitografia usando a máscara B para padronizar os canais de grafeno. Mergulhe a amostra em níquel etchant a 60 graus Celsius para gravar a camada de níquel por 10 segundos.Enxágüe com água deionizada e seque com nitrogênio. Coloque a amostra no asher plasma e remova o grafeno exposto usando plasma de oxigênio. Mais tarde, remova a camada fotoresistista imergindo em acetona por 10 minutos.Lave a amostra usando acetona, IPA e água desionizada e leve ao forno em uma placa quente a 75 graus Celsius por 30 minutos. Aplique o terceiro processo de fotolitografia usando a máscara C para padronizar a camada fotoresist de passivação para proteger o grafeno subjacente no substrato. Use os mesmos parâmetros de processo mencionados anteriormente, incluindo girar com fotoresist positivo, curar a amostra e desenvolver-se com desenvolvedor fotoresist.Mais tarde, mergulhe a amostra em níquel etchant a 60 graus Celsius por 10 segundos para remover a camada de níquel restante, e depois enxágue com água deionizada e seque com nitrogênio. Por fim, asse a amostra em uma placa quente a 120 graus Celsius por 30 minutos. Os resultados representativos mostram o grafeno DCD transferido caracterizado por Raman e microscopia de força atômica.O pico G e os picos bidimensionais da imagem de Raman dão informações abrangentes sobre a existência e a qualidade do grafeno monocamado transferido. A figura mostra o biosensor EEG FET integrado com uma prata padrão em eletrodo de referência de cloreto de prata e um poço de siloxano de polidimtila para conter a amostra. Além disso, a visão ampliada do canal de grafeno demonstra a conexão com o eletrodo de origem ao solo, ao dreno e aos eletrodos do portão à fonte.PBASE, um reagente de funcionalização amplamente utilizado para grafeno, pode ser absorvido na superfície do grafeno através de uma interação pi-pi sem danificar as propriedades elétricas do grafeno. Um aptamer IgG 5-prime modificado é conjugado com PBASE pelas ligações de ligação entre o éster de cinnamida reativa e hidroxy-6 no PBASE, e o grupo de amina na extremidade 5-prime do aptamer IgG. A incubação de álbuns de soro bovino foi usada para bloquear os locais restantes não julgados depois de enxaguar o dispositivo com PBS de força única A figura mostra a detecção de IgG em diferentes condições de eletrólitos.A qualidade do grafeno é a chave para o melhor desempenho deste dispositivo. Assim, durante a gravação de plasma, é preciso garantir que o plasma não prejudique as regiões úteis do grafeno. Além disso, os resíduos pmma precisam ser completamente limpos para obter uma superfície de grafeno limpa.O dispositivo funcional mostra resultados consistentes na detecção de anticorpos IgG humanos, de modo que o procedimento pode ser usado como referência para construir dispositivos com outros nanomateriais para estudar interações de interface e biosensação.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Síntese e funcionalização de nitrogênio dopado Copas de Nanotubos de Carbono com nanopartículas de ouro como Rolhas

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

Engenharia

Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

Desenvolvimento de um dispositivo 3D Grafeno Eletrodo dieletroforética

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

Fabricação de porta-ajustáveis ​​dispositivos de grafeno para tunelamento estudos de microscopia com Coulomb Impurezas

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

De luz visível redução induzida de óxido de grafeno Usando nanopartículas plasmonic

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

Síntese e funcionalização de 3D Materiais Nano-grafeno Grafeno: Aerogels e grafeno Assembléias 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

Efeito da flexão no Características elétricas dos transistores de efeito de campo baseados em cristal flexível Orgânico Um único

The charge transport in an organic semiconductor depends highly on the molecular packing in the crystal, which influences the electronic coupling ...

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Fabricação de pressão atmosférica de grande porte camada única retangular SnSe flocos

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

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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

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