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

Эксперименты проводились в Университете Западной Вирджинии. Мы выражаем признательность За использование общих исследовательских центров в Университете Западной Вирджинии для изготовления устройств и определения характеристик материалов. Эта работа была поддержана Национальным научным фондом США в рамках гранта No. NSF1916894.

1. Перенос химического осаждения графена из паровой фазы
<ol><li>Разрежьте графеновый лист на медной подложке пополам (2,5 см х 5 см) ножницами. Нанесите терморезистивную ленту для фиксации четырех углов графенового квадрата на прокладке спиннера (см. Таблицу материалов).<b...

<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>

Приобретенный CVD графен на медной пленке должен быть обрезан до нужного размера для следующих этапов изготовления. Разрезание пленок может вызвать сморщивание, которое необходимо предотвратить. Параметры, указанные на этапе изготовления, могут быть отнесены к плазменному травлению г?...

Графен и его производные были исследованы и использованы для многих применений, включая электронику 1,2, зондирование 3,4,5, хранение энергии 6,7 и фотокатализ 1,6,8. Синтез и изготовление графена высокого качества, хорошей однородности и низких дефектов имеют решающее значение для высокопроизводительных и высокочувствительных устройств. С момента разработки химического осаждения из паровой фазы (CVD) в 2009 году он показал колоссальные перспективы и занял свое место в качестве важного члена семейства графенов 9,10,11,12,13. Его выращивают на металлической подложке, а затем для практического использования переносят на изоляционные подложки14. В последнее время для переноса CVD графена используется несколько методов переноса. Метод с поддержкой поли (метилметакрилата) (ПММА) является наиболее используемым среди различных методов. Этот метод особенно хорошо подходит для промышленного использования из-за его крупномасштабных возможностей, более низкой стоимости и высокого качества передаваемого графена14,15. Критическим аспектом этого метода является избавление от остатков ПММА для применения CVD графена, поскольку остатки могут вызывать снижение электронных свойств графена 14,15,16, оказывать влияние на чувствительность и производительность биосенсоров 17,18 и создавать значительные вариации от устройства к устройству19.
Биосенсоры на основе наноматериалов были значительно исследованы за последние десятилетия, включая кремниевую нанопроволоку (SiNW), углеродные нанотрубки (CNT) и графен20. Благодаря своей одноатомнослойной структуре и отличительным свойствам графен демонстрирует превосходные электронные характеристики, хорошую биосовместимость и легкую функционализацию, что делает его привлекательным материалом для разработки биосенсоров 14,21,22,23. Благодаря характеристикам полевых транзисторов (FET), таким как высокая чувствительность, стандартная конфигурация и экономичная массовая производительность21,24, FET является более предпочтительным в портативных реализациях и реализациях в местах оказания медицинской помощи, чем другие электронные биозондирующие устройства. Биосенсоры графеновых полевых транзисторов с электролитным покрытием (EGGFET) являются примерами заявленных FETs21,24. EGGFET может обнаруживать различные целевые аналиты, такие как нуклеиновые кислоты25, белки 24,26, метаболиты27 и другие биологически значимые аналиты28. Метод, упомянутый здесь, обеспечивает реализацию CVD-графена в биосенсорном наноэлектронном устройстве без меток, которое обеспечивает более высокую чувствительность и точное определение времени по сравнению с другими биосенсорными устройствами29.
В этой работе продемонстрирован общий процесс разработки биосенсора EGGFET и его функционализации для обнаружения биомаркеров, включая перенос CVD-графена на изолирующую подложку, рамановскую и AFM-характеристики переносимого графена. Кроме того, здесь также обсуждаются изготовление EGGFET и интеграция с полидиметилсилоксаном (PDMS) для доставки образцов, функционализация биорецепторов и успешное обнаружение иммуноглобулина человека G (IgG) из сыворотки путем экспериментов по спайку и восстановлению.

<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

В текущем исследовании графен и его производные были исследованы и использованы для многих применений, включая электронику, зондирование, хранение энергии и фотокатализ. Синтез и изготовление графена высокого качества, хорошей однородности и низких дефектов имеют решающее значение для высокопроизводительных и высокочувствительных устройств. Среди многих методов синтеза химическое осаждение из паровой фазы (CVD), считающееся ведущим подходом к производству графена, может контролировать количество слоев графена и давать высококачественный графен. CVD графен должен быть перенесен с металлических подложек, на которых он выращивается, на изоляционные подложки для практического применения. Однако разделение и перенос графена на новые подложки являются проблемой для однородного слоя без повреждения или влияния на структуры и свойства графена. Кроме того, графеновый полевой транзистор с электролитным покрытием (EGGFET) был продемонстрирован для его широкого применения в различных биомолекулярных обнаружениях из-за его высокой чувствительности и стандартной конфигурации устройства. В этой статье продемонстрированы поли (метилметакрилат) (ПММА) с помощью графена, изготовление графенового полевого транзистора (GFET) и обнаружение биомаркера иммуноглобулина G (IgG). Рамановская спектроскопия и атомно-силовая микроскопия были применены для характеристики переносимого графена. Показано, что метод является практическим подходом к переносу чистого и безостаткового графена при сохранении лежащей в основе графеновой решетки на изолирующей подложке для электроники или биозондирования.

Репрезентативные результаты показывают перенесенный CVD графен, характеризующийся рамановским и AFM, соответственно. Пик G и 2D-пики рамановского изображения дают исчерпывающую информацию о существовании и качестве переданного монослоя графена32 (рисунок 1). Д...

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

Настоящий протокол демонстрирует разработку биосенсора полевого транзистора графена с электролитным покрытием (EGGFET) и его применение в детектировании биомаркеров иммуноглобулина G (IgG).

Разработка и функционализация графенового полевого транзистора с электролитным покрытием для обнаружения биомаркеров

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

Метод эффективно удаляет остатки ПММА при сохранении лежащей в основе графеновой решетки. Функциональное устройство показывает последовательные результаты в обнаружении антител IgG в сыворотке крови. Кроме того, протокол обеспечивает реализацию CVD-графена в устройстве биозондирования без меток в режиме реального времени.Шаги довольно просты и могут быть выполнены с минимальным обучением. Устройство обеспечивает высокую селективность, высокую чувствительность и обнаружение в режиме реального времени по сравнению с другими биозондирующими устройствами Начните с разрезания графенового листа на медной подложке пополам с помощью скальпеля. Нанесите термостойкую ленту, чтобы закрепить четыре угла графенового квадрата на прокладке спиннера.Спиновое покрытие квадратного листа графена тонким слоем от 100 до 200 нанометров PMMA 495K A4, вращающимся со скоростью 500 оборотов в минуту в течение 10 секунд, а затем 2000 оборотов в минуту в течение 50 секунд. Затем выпекайте образец при температуре 150 градусов Цельсия в течение пяти минут. Удалите обратную сторону графена кислородной плазмой на 30 Вт, используя скорость потока 15 стандартных кубических сантиметров в минуту в течение пяти минут.Разрежьте обработанный плазмой графеновый квадрат на размер шириной один сантиметр и высотой два сантиметра для изготовления устройства. Предварительно очищенный кремнеземный субстрат разрезать на мелкие кусочки шириной около четырех сантиметров и высотой два сантиметра. Травите медь, используя графеновый травильный хлорид железа без разбавления.Поместите образец медной стороной вниз и стороной ПММА вверх на жидком травилке. После травления меди медленно поднимите графеновую пленку, используя плазменную подложку. Высушите на воздухе перенесенную графеновую пленку в течение двух часов, затем выпекают на конфорке.Чтобы удалить ПММА, начните с разогрева образца парами ацетона при 70 градусах Цельсия, удерживая образец примерно на два сантиметра выше паров ацетона в течение четырех минут стороной ПММА лицом вниз. Затем погрузите образец в ацетон на пять минут. Осторожно промойте образец деионизированной водой.Наконец, осторожно высушите образец азотом. Промыть подложку перенесенным графеном, используя ацетон, изопропиловый спирт и деионизированную воду. Затем выпекайте субстрат на конфорке при 75 градусах Цельсия в течение 30 минут.Используя электронно-лучевой испаритель, нанесите никель и золото толщиной 5 и 45 нанометров соответственно на образец графена. Нанесите первый процесс фотолитографии с использованием маски А для нанесения рисунка электродов. Спин AZ 5214E положительный фоторезист на образце со скоростью 2000 оборотов в минуту в течение 45 секунд и отверждение образца при 120 градусах Цельсия в течение одной минуты.Поместите образец в систему воздействия ультрафиолетового наводнения и подвергайте его воздействию в течение примерно 10 секунд под 200 миллиджоулей на квадратный сантиметр. Разработайте образец с помощью фоторезиста-разработчика AZ 300 MIF в течение примерно двух минут, а затем промойте деионизированной водой. Погрузите образец в золотой травил, чтобы вытравить золотой слой на 10 секунд, промыть деионизированной водой и удалить оставшийся слой фоторезиста, погружаясь в ацетон на 10 минут.Используя ацетон, изопропиловый спирт и деионизированную воду, промыть образец, а затем выпекать на горячей плите при 75 градусах Цельсия в течение 30 минут. Затем примените второй процесс фотолитографии с использованием маски B для формирования графеновых каналов. Погрузите образец в никелевый травиль при температуре 60 градусов Цельсия, чтобы вытравить слой никеля в течение 10 секунд.Промыть деионизированной водой и высушить феном с использованием азота. Поместите образец в плазменный ашер и удалите открытый графен с помощью кислородной плазмы. Затем удалите слой фоторезиста, погрузив его в ацетон на 10 минут.Промыть образец ацетоном, IPA и деионизированной водой и выпекать на конфорке при 75 градусах Цельсия в течение 30 минут. Примените третий процесс фотолитографии с использованием маски C для формирования пассивационного слоя фоторезиста для защиты нижележащего графена на подложке. Используйте те же параметры процесса, что и ранее, включая вращение с положительным фоторезистом, отверждение образца и разработку с разработчиком фоторезиста.Позже погружают образец в никелевый травиль при 60 градусах Цельсия на 10 секунд, чтобы удалить оставшийся слой никеля, а затем промыть деионизированной водой и высушить феном с использованием азота. Наконец, выпекайте образец на горячей плите при температуре 120 градусов Цельсия в течение 30 минут. Репрезентативные результаты показывают перенесенный CVD графен, характеризующийся рамановской и атомно-силовой микроскопией.Пик G и двумерные пики рамановского изображения дают исчерпывающую информацию о существовании и качестве переданного монослойного графена. На рисунке показан биосенсор ЭЭГ FET, интегрированный со стандартным эталонным электродом серебра в хлориде серебра и полидиметилсилоксановым колодцем для содержания образца. Кроме того, увеличенный вид графенового канала демонстрирует соединение с электродом источника с землей, сливом и затворными электродами с источником.PBASE, широко используемый реагент функционализации для графена, может поглощаться на поверхности графена через взаимодействие pi-pi без ущерба для электрических свойств графена. 5-прайм-амино-модифицированный аптамер IgG конъюгируется с PBASE амидными связями между реактивным и гидрокси-6 циннамидным эфиром в PBASE и аминной группой на 5-первичном конце аптамера IgG. Инкубация бычьего сывороточного альбумина использовалась для блокирования оставшихся неконъюгированных участков после промывки устройства однопрочным PBS На рисунке показано обнаружение IgG в различных электролитных условиях.Качество графена является залогом наилучшей производительности этого устройства. Поэтому во время плазменного травления нужно убедиться, что плазма не наносит вреда полезным областям графена. Кроме того, остатки ПММА должны быть полностью очищены, чтобы получить чистую графеновую поверхность.Функциональное устройство показывает последовательные результаты в обнаружении человеческих антител IgG, поэтому процедура может быть использована в качестве ссылки для создания устройств с другими наноматериалами для изучения интерфейсных взаимодействий и биозондирования.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Синтез и Функционализация легированного азотом Кубки углеродных нанотрубок наночастицами золота как корковыми пробками

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

Разработка устройства 3D Графен электрода Dielectrophoretic

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

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

Изготовление ворот-перестраиваемых графена устройств для сканирующей туннельной микроскопии исследований с кулоновских примесей

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

Видимый свет Индуцированные Снижение графеновых оксида Использование наночастиц Плазмонное

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

Синтез и Функционализация 3D нано-графена материалов: графена АЭРОГЕЛЕЙ и графена Макро Ассамблей

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

Влияние на изгиб электрических характеристик Гибкая Organic монокристалл на основе полевых транзисторов

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

Атмосферное давление изготовление большого размера однослойная прямоугольной SnSe хлопьев

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

Руководящие принципы и опыт использования изображений биомаркер Explorer (Козерог) для 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

Изготовление трехмерной на основе графена многогранников через оригами как самостоятельной складывания

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

Подготовка клетки графена жидкость для наблюдения за литий ионный аккумулятор материала

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