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

Los experimentos se llevaron a cabo en la Universidad de Virginia Occidental. Reconocemos las Instalaciones de Investigación Compartidas de la Universidad de Virginia Occidental para la fabricación de dispositivos y la caracterización de materiales. Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos bajo la Subvención No. NSF1916894.

1. Transferencia de la deposición química de vapor de grafeno
<ol><li>Cortar la lámina de grafeno sobre un sustrato de cobre por la mitad (2,5 cm x 5 cm) con tijeras. Aplique cinta resistente al calor para fijar las cuatro esquinas del cuadrado de grafeno en una junta giratoria (consulte la Tabla de materiales). NOTA: El grafeno comprado tiene una dimensión de 5 cm x 5 cm (ver Tabla de Materiales).</li>
	<li>Recubre la lámina del grafeno con una capa delgada (1...

<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>

El grafeno CVD comprado en la película de cobre debe recortarse al tamaño correcto para los siguientes pasos de fabricación. El corte de las películas puede causar arrugas, lo que debe prevenirse. Los parámetros proporcionados en la etapa de fabricación se pueden consultar para el grabado en plasma de grafeno, y estos números pueden variar cuando se utilizan diferentes instrumentos. La muestra grabada debe ser monitoreada e inspeccionada de cerca para garantizar un grabado completo de grafeno. Se pueden aplicar m?...

El grafeno y sus derivados se han investigado y utilizado para muchas aplicaciones, incluida la electrónica 1,2, la detección 3,4,5, el almacenamiento de energía 6,7 y la fotocatálisis 1,6,8. La síntesis y fabricación de grafeno de alta calidad, buena uniformidad y bajos defectos son fundamentales para dispositivos de alto rendimiento y alta sensibilidad. Desde el desarrollo de la deposición química de vapor (ECV) en 2009, ha demostrado una promesa colosal y se ha establecido como un miembro esencial de la familia del grafeno 9,10,11,12,13. Se cultiva sobre un sustrato metálico y, posteriormente para usos prácticos, se transfiere a sustratos aislantes14. Recientemente se han utilizado varios métodos de transferencia para transferir grafeno CVD. El método asistido por poli (metacrilato de metilo) (PMMA) es el más utilizado entre las diferentes técnicas. Este método es particularmente adecuado para uso industrial debido a su capacidad a gran escala, menor costo y alta calidad del grafeno transferido14,15. El aspecto crítico de este método es deshacerse del residuo de PMMA para las aplicaciones del grafeno CVD porque los residuos pueden causar la declinación de las propiedades electrónicas del grafeno 14,15,16, causar un efecto en la sensibilidad y el rendimiento de los biosensores 17,18 y crear variaciones significativas de dispositivo a dispositivo19.
Los biosensores basados en nanomateriales se han investigado significativamente en las últimas décadas, incluidos los nanocables de silicio (SiNW), los nanotubos de carbono (CNT) y el grafeno20. Debido a su estructura de capa de un solo átomo y propiedades distintivas, el grafeno demuestra características electrónicas superiores, buena biocompatibilidad y funcionalización fácil, lo que lo convierte en un material atractivo para el desarrollo de biosensores 14,21,22,23. Debido a las características de los transistores de efecto de campo (FET), como la alta sensibilidad, la configuración estándar y la producibilidad en masa rentable21,24, FET es más preferido en implementaciones portátiles y de punto de atención que otros dispositivos de biodetección basados en electrónica. Los biosensores de efecto de campo de grafeno activados por electrolitos (EGGFET) son ejemplos de losFETs 21,24 declarados. EGGFET puede detectar varios analitos dirigidos como ácidos nucleicos25, proteínas 24,26, metabolitos27 y otros analitos biológicamente relevantes28. La técnica mencionada aquí garantiza la implementación de grafeno CVD en un dispositivo de nanoelectrónica de biodetección sin etiquetas que ofrece una mayor sensibilidad y una detección precisa del tiempo sobre otros dispositivos de biodetección29.
En este trabajo, se demuestra un proceso general para desarrollar un biosensor EGGFET y funcionalizarlo para la detección de biomarcadores, incluida la transferencia de grafeno CVD a un sustrato aislante, Caracterizaciones Raman y AFM del grafeno transferido. Además, la fabricación de EGGFET y la integración con un pozo de entrega de muestra de polidimetilsiloxano (PDMS), la funcionalización de biorreceptores y la detección exitosa de inmunoglobulina G humana (IgG) a partir del suero mediante experimentos de espiga y recuperación también se discuten aquí.

<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

En el estudio actual, el grafeno y sus derivados se han investigado y utilizado para muchas aplicaciones, incluida la electrónica, la detección, el almacenamiento de energía y la fotocatálisis. La síntesis y fabricación de grafeno de alta calidad, buena uniformidad y bajos defectos son fundamentales para dispositivos de alto rendimiento y alta sensibilidad. Entre muchos métodos de síntesis, la deposición química de vapor (CVD), considerada un enfoque líder para la fabricación de grafeno, puede controlar el número de capas de grafeno y producir grafeno de alta calidad. El grafeno CVD debe transferirse de los sustratos metálicos en los que se cultiva a sustratos aislantes para aplicaciones prácticas. Sin embargo, la separación y transferencia de grafeno a nuevos sustratos es un desafío para una capa uniforme sin dañar o afectar las estructuras y propiedades del grafeno. Además, el transistor de efecto de campo de grafeno activado por electrolitos (EGGFET) se ha demostrado por sus amplias aplicaciones en diversas detecciones biomoleculares debido a su alta sensibilidad y configuración estándar del dispositivo. En este artículo, se demuestra el enfoque de transferencia de grafeno asistido por poli (metacrilato de metilo) (PMMA), la fabricación de transistor de efecto de campo de grafeno (GFET) y la detección de biomarcadores de inmunoglobulina G (IgG). Se aplicaron espectroscopía Raman y microscopía de fuerza atómica para caracterizar el grafeno transferido. Se ha demostrado que el método es un enfoque práctico para transferir grafeno limpio y libre de residuos, preservando al mismo tiempo la red de grafeno subyacente en un sustrato aislante para aplicaciones electrónicas o de biodetección.

Los resultados representativos muestran el grafeno CVD transferido caracterizado por Raman y AFM, respectivamente. El pico G y los picos 2D de la imagen Raman proporcionan información completa sobre la existencia y la calidad del grafeno monocapa transferido32 (Figura 1). Se aplicaron procesos de litografía estándar 30,31 para la fabricación del dispositivo GFET, como se muestra en la Figura 2.<sup class="xref"...

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

El presente protocolo demuestra el desarrollo del biosensor de transistor de efecto de campo de grafeno activado por electrolitos (EGGFET) y su aplicación en la detección de biomarcadores de inmunoglobulina G (IgG).

Desarrollo y funcionalización del transistor de efecto de campo de grafeno activado por electrolitos para la detección de biomarcadores

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

El método elimina eficazmente los residuos de PMMA al tiempo que preserva la red de grafeno subyacente. El dispositivo funcional muestra resultados consistentes en la detección de anticuerpos IgG en el suero sanguíneo. Además, el protocolo garantiza la implementación de grafeno CVD en un dispositivo de biodetección en tiempo real y sin etiquetas.Los pasos son bastante simples y se pueden hacer con un entrenamiento mínimo. El dispositivo ofrece alta selectividad, alta sensibilidad y detección en tiempo real sobre otros dispositivos de biodetección Comience cortando la lámina de grafeno en un sustrato de cobre por la mitad con un bisturí. Aplique cinta resistente al calor para fijar las cuatro esquinas del cuadrado de grafeno en una junta giratoria.Recubre la hoja cuadrada del grafeno con una capa delgada de 100 a 200 nanómetros de PMMA 495K A4, girando a 500 rotaciones por minuto durante 10 segundos, y luego 2, 000 rotaciones por minuto durante 50 segundos. Luego, hornee la muestra a 150 grados centígrados durante cinco minutos. Retire la parte posterior del grafeno con plasma de oxígeno a 30 vatios utilizando un flujo de velocidad de 15 centímetros cúbicos estándar por minuto durante cinco minutos.Corte el cuadrado de grafeno tratado con plasma en una dimensión de un centímetro de ancho y dos centímetros de altura para la fabricación del dispositivo. Corte el sustrato de sílice previamente limpiado en trozos pequeños con un ancho aproximado de cuatro centímetros y una altura de dos centímetros. Graba el cobre usando el cloruro férrico de grafeno sin dilución.Flote la muestra con el lado de cobre hacia abajo y el lado de PMMA hacia arriba en el grabado líquido. Después del grabado de cobre, levante la película de grafeno lentamente con el sustrato tratado con plasma. Seque al aire la película de grafeno transferida durante dos horas, luego hornee en una placa caliente.Para eliminar el PMMA, comience calentando la muestra con vapor de acetona a 70 grados Celsius manteniendo la muestra aproximadamente dos centímetros por encima del vapor de acetona durante cuatro minutos con el lado del PMMA hacia abajo. Luego, sumerja la muestra en acetona durante cinco minutos. Lave la muestra con agua desionizada con precaución.Finalmente, seque suavemente la muestra con nitrógeno. Lave el sustrato con el grafeno transferido con acetona, alcohol isopropílico y agua desionizada. Luego, hornee el sustrato en una placa caliente a 75 grados celsius durante 30 minutos.Utilizando un evaporador de haz de electrones, deposite níquel y oro de 5 y 45 nanómetros de espesor, respectivamente, en la muestra de grafeno. Aplicar el primer proceso de fotolitografía utilizando la máscara A para el patronaje de los electrodos. Girar AZ 5214E fotorresistente positiva en la muestra a 2.000 rotaciones por minuto durante 45 segundos y curar la muestra a 120 grados centígrados durante un minuto.Coloque la muestra en el sistema de exposición a inundaciones ultravioletas y expóngala durante aproximadamente 10 segundos por debajo de 200 milijulios por centímetro cuadrado. Desarrolle la muestra con un revelador fotorresistente AZ 300 MIF durante aproximadamente dos minutos y luego enjuague con agua desionizada. Sumergir la muestra en un grabado de oro para grabar la capa de oro durante 10 segundos, enjuagar con agua desionizada y eliminar la capa fotorresistente restante sumergiéndola en acetona durante 10 minutos.Usando acetona, alcohol isopropílico y agua desionizada, lave la muestra seguida de hornear en una placa caliente a 75 grados celsius durante 30 minutos. Luego, aplique el segundo proceso de fotolitografía usando la máscara B para modelar los canales de grafeno. Sumerja la muestra en un grabado de níquel a 60 grados Celsius para grabar la capa de níquel durante 10 segundos.Enjuague con agua desionizada y seque con nitrógeno. Coloque la muestra en el plasma y retire el grafeno expuesto con plasma de oxígeno. Más tarde, retire la capa fotorresistente sumergiéndola en acetona durante 10 minutos.Lave la muestra con acetona, IPA y agua desionizada y hornee en una placa caliente a 75 grados centígrados durante 30 minutos. Aplique el tercer proceso de fotolitografía utilizando la máscara C para modelar la capa fotorresistente de pasivación para proteger el grafeno subyacente en el sustrato. Utilice los mismos parámetros de proceso que se mencionaron anteriormente, incluido el hilado con fotorresistente positivo, el curado de la muestra y el desarrollo con el desarrollador de fotorresistencia.Más tarde, sumerja la muestra en níquel etchant a 60 grados Celsius durante 10 segundos para eliminar la capa de níquel restante, y luego enjuague con agua desionizada y seque con nitrógeno. Finalmente, hornee la muestra en una placa caliente a 120 grados centígrados durante 30 minutos. Los resultados representativos muestran el grafeno CVD transferido caracterizado por Raman y microscopía de fuerza atómica.El pico G y los picos bidimensionales de la imagen Raman proporcionan información completa sobre la existencia y la calidad del grafeno monocapa transferido. La figura muestra el biosensor EEG FET integrado con un electrodo de referencia estándar de plata en cloruro de plata y un pozo de polidimetil siloxano para contener la muestra. Además, la vista ampliada del canal de grafeno demuestra la conexión al electrodo de la fuente a la tierra, el drenaje y los electrodos de la puerta a la fuente.PBASE, un reactivo de funcionalización ampliamente utilizado para el grafeno, puede ser absorbido en la superficie del grafeno a través de una interacción pi-pi sin dañar las propiedades eléctricas del grafeno. Un aptámero IgG amino-modificado de 5 primos se conjuga con PBASE por los enlaces de enlace amida entre el éster de cinnamida reactivo e hidroxi-6 en PBASE, y el grupo amina en el extremo 5 primos del aptámero IgG. La incubación de albúmina sérica bovina se utilizó para bloquear los sitios no conjugados restantes después de enjuagar el dispositivo con PBS de una sola fuerza La figura muestra la detección de IgG en diferentes condiciones electrolíticas.La calidad del grafeno es la clave para el mejor rendimiento de este dispositivo. Por lo tanto, durante el grabado por plasma, debe asegurarse de que el plasma no dañe las regiones útiles del grafeno. Además, los residuos de PMMA deben limpiarse por completo para obtener una superficie de grafeno limpia.El dispositivo funcional muestra resultados consistentes en la detección de anticuerpos IgG humanos, por lo que el procedimiento se puede utilizar como referencia para construir dispositivos con otros nanomateriales para estudiar las interacciones de interfaz y la biodetección.

Research

JoVE Journal

Engineering

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Síntesis y funcionalización de nitrógeno dopados Copas de nanotubos de carbono con nanopartículas de oro como tapones de corcho

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