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

Experimenten genomfördes vid West Virginia University. Vi erkänner de delade forskningsanläggningarna vid West Virginia University för tillverkning av enheter och materialkarakterisering. Detta arbete stöddes av US National Science Foundation under Grant No. NSF1916894.

1. Överföring av kemisk ångavsättning av grafen
<ol><li>Skär grafenarket på ett kopparsubstrat i hälften (2,5 cm x 5 cm) med sax. Applicera värmeresistiv tejp för att fixera de fyra hörnen på grafentorget på en spinnpackning (se Materialtabell). OBS: Den inköpta grafen har en dimension på 5 cm x 5 cm (se Materialtabell).</li>
	<li>Spin-coat grafens ark med ett tunt lager (100-200 nm) PMMA 495K A4 som snurrar vid 500 rpm i 10 s och sedan 2000 rpm i 50 s...

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

Den köpta CVD-grafen på kopparfilm måste trimmas till rätt storlek för följande tillverkningssteg. Skärning av filmerna kan orsaka rynkor, vilket måste förhindras. Parametrarna i tillverkningssteget kan hänvisas till för plasmaetsning av grafen, och dessa siffror kan varieras vid användning av olika instrument. Det etsade provet måste övervakas noggrant och inspekteras för att säkerställa fullständig grafenetsning. Flera förrengöringsmetoder kan tillämpas för att rengöra substraten, såsom ultralju...

Grafen och dess derivat har undersökts och använts för många applikationer, inklusive elektronik 1,2, avkänning 3,4,5, energilagring 6,7 och fotokatalys 1,6,8. Syntes och tillverkning av hög kvalitet, god enhetlighet och låga defekter grafen är avgörande för högpresterande och mycket känsliga enheter. Sedan utvecklingen av kemisk ångavsättning (CVD) 2009 har den visat kolossalt löfte och satt sin plats som en viktig medlem av grafenfamiljen 9,10,11,12,13. Den odlas på ett metallsubstrat och överförs senare för praktisk användning till isolerande substrat14. Flera överföringsmetoder har använts för att överföra CVD-grafen nyligen. Den poly (metylmetakrylat) (PMMA) assisterade metoden är den mest använda bland de olika teknikerna. Denna metod är särskilt väl lämpad för industriell användning på grund av dess storskaliga kapacitet, lägre kostnad och höga kvalitet på det överförda grafenet14,15. Den kritiska aspekten av denna metod är att bli av med PMMA-återstoden för CVD-grafens applikationer eftersom resterna kan orsaka deklination av de elektroniska egenskaperna hos grafen 14,15,16, orsaka en effekt på biosensorernas känslighet och prestanda 17,18 och skapa betydande variationer från enhet till enhet19.
Nanomaterialbaserade biosensorer har undersökts avsevärt under de senaste decennierna, inklusive kiselnanotråd (SiNW), kolnanorör (CNT) och grafen20. På grund av sin enatomskiktsstruktur och särskiljande egenskaper visar grafen överlägsna elektroniska egenskaper, god biokompatibilitet och facil funktionalisering, vilket gör det till ett attraktivt material för att utveckla biosensorer 14,21,22,23. På grund av fälteffekttransistorer (FET) egenskaper som hög känslighet, standardkonfiguration och kostnadseffektiv massproducerbarhet21,24 är FET mer föredraget i bärbara och patientvårdsimplementeringar än andra elektronikbaserade biosenseringsenheter. De elektrolyt-gated grafenfälteffekttransistorn (EGGFET) biosensorerna är exempel på de angivna FET21,24. EGGFET kan detektera olika målinriktade analyter såsom nukleinsyror25, proteiner24,26, metaboliter27 och andra biologiskt relevanta analyter28. Tekniken som nämns här säkerställer implementeringen av CVD-grafen i en etikettfri biosensing nanoelektronikanordning som erbjuder högre känslighet och exakt tidsdetektering jämfört med andra biosensing-enheter29.
I detta arbete demonstreras en övergripande process för att utveckla en EGGFET-biosensor och funktionalisera den för biomarkördetektion, inklusive överföring av CVD-grafen till ett isolerande substrat, Raman och AFM-karakteriseringar av den överförda grafenen. Vidare diskuteras tillverkning av EGGFET och integration med en polydimetylsiloxan (PDMS) provleveransbrunn, bioreceptorfunktionalisering och framgångsrik detektion av humant immunglobulin G (IgG) från serum genom spik-och-återhämtningsexperiment diskuteras också här.

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

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

I den aktuella studien har grafen och dess derivat undersökts och använts för många tillämpningar, inklusive elektronik, avkänning, energilagring och fotokatalys. Syntes och tillverkning av hög kvalitet, god enhetlighet och låga defekter grafen är avgörande för högpresterande och mycket känsliga enheter. Bland många syntesmetoder kan kemisk ångavsättning (CVD), som anses vara ett ledande tillvägagångssätt för tillverkning av grafen, styra antalet grafenskikt och ge grafen av hög kvalitet. CVD-grafen måste överföras från metallunderlaget på vilka det odlas på isolerande substrat för praktiska tillämpningar. Separation och överföring av grafen till nya substrat är dock utmanande för ett enhetligt skikt utan att skada eller påverka grafenets strukturer och egenskaper. Dessutom har elektrolyt-gated grafenfälteffekttransistor (EGGFET) demonstrerats för sina breda tillämpningar i olika biomolekylära detektioner på grund av dess höga känslighet och standardkonfiguration. I denna artikel demonstreras poly (metylmetakrylat) (PMMA)-assisterad grafenöverföringsmetod, tillverkning av grafenfälteffekttransistor (GFET) och biomarkörimmunglobulin G (IgG) detektion. Ramanspektroskopi och atomkraftmikroskopi applicerades för att karakterisera den överförda grafenen. Metoden har visat sig vara ett praktiskt tillvägagångssätt för att överföra rent och restfritt grafen samtidigt som det underliggande grafengitteret bevaras till ett isolerande substrat för elektronik eller biosensingapplikationer.

De representativa resultaten visar den överförda CVD-grafen som kännetecknas av Raman respektive AFM. G-toppen och 2D-topparna i Raman-bilden ger omfattande information om förekomsten och kvaliteten på den överförda monolagergrafen32 (figur 1). Standardlitografiprocesser 30,31 tillämpades för tillverkning av GFET-enheten, som visas i figur 2. Figur 3<...

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

Detta protokoll visar utvecklingen av elektrolyt-gated grafenfälteffekttransistor (EGGFET) biosensor och dess tillämpning i biomarkörimmunglobulin G (IgG) detektion.

Utveckling och funktionalisering av elektrolyt-gated grafenfälteffekttransistor för biomarkördetektion

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

Metoden avlägsnar effektivt PMMA-rester samtidigt som det underliggande grafengitteret bevaras. Den funktionella enheten visar konsekventa resultat vid detektering av IgG-antikroppar i blodserum. Protokollet säkerställer också implementeringen av CVD-grafen i en realtid, etikettfri biosenseringsenhet.Stegen är ganska enkla och kan göras med minimal träning. Enheten erbjuder hög selektivitet, hög känslighet och realtidsdetektering över andra biosensing-enheter Börja med att skära grafenarket på ett kopparsubstrat i hälften med en skalpell. Applicera värmebeständig tejp för att fixera de fyra hörnen på grafentorget på en spinnpackning.Snurra belägg grafenets kvadratiska ark med ett tunt lager av 100 till 200 nanometer PMMA 495K A4, snurra med 500 rotationer per minut i 10 sekunder och sedan 2000 rotationer per minut i 50 sekunder. Grädda sedan provet vid 150 grader Celsius i fem minuter. Ta bort baksidan av grafen med syreplasma vid 30 watt med ett hastighetsflöde på 15 standard kubikcentimeter per minut i fem minuter.Skär den plasmabehandlade grafenkvadraten i en dimension av en centimeter bredd och två centimeter höjd för tillverkning av enheter. Skär det förrenade kiseldioxidsubstratet i små bitar med en ungefärlig bredd på fyra centimeter och två centimeter höjd. Etsa bort kopparn med grafen etchant järnklorid utan utspädning.Flyt provet med kopparsidan nedåt och PMMA-sidan uppåt på vätskeetsan. Efter kopparetsning lyfter du grafenfilmen långsamt med det plasmabehandlade substratet. Lufttorka den överförda grafenfilmen i två timmar och baka sedan på en varm tallrik.För att ta bort PMMA, börja med att värma upp provet med acetonånga vid 70 grader Celsius genom att hålla provet ungefär två centimeter över acetonånga i fyra minuter med PMMA-sidan nedåt. Sänk sedan ner provet i aceton i fem minuter. Tvätta provet med avjoniserat vatten försiktigt.Blås slutligen försiktigt provet med kväve. Tvätta substratet med det överförda grafenet med aceton, isopropylalkohol och avjoniserat vatten. Baka sedan substratet på en varm tallrik vid 75 grader Celsius i 30 minuter.Med hjälp av en elektronstråleförångare deponeras nickel och guld med en tjocklek på 5 respektive 45 nanometer på grafenprovet. Applicera den första fotolitografiprocessen med mask A för mönster av elektroderna. Snurra AZ 5214E positivt fotoresist på provet vid 2000 rotationer per minut i 45 sekunder och bota provet vid 120 grader Celsius i en minut.Placera provet i det ultravioletta översvämningsexponeringssystemet och exponera det i cirka 10 sekunder under 200 millijoule per kvadratcentimeter. Utveckla provet med en fotoresistutvecklare AZ 300 MIF i cirka två minuter och skölj sedan med avjoniserat vatten. Sänk ner provet i en guldetsning för att etsa guldskiktet i 10 sekunder, skölj med avjoniserat vatten och ta bort det återstående fotoresistskiktet genom att nedsänka i aceton i 10 minuter.Använd aceton, isopropylalkohol och avjoniserat vatten, tvätta provet följt av bakning på en kokplatta vid 75 grader Celsius i 30 minuter. Applicera sedan den andra fotolitografiprocessen med mask B för att mönstra grafenkanalerna. Sänk ner provet i nickel etchant vid 60 grader Celsius för att etsa nickelskiktet i 10 sekunder.Skölj med avjoniserat vatten och blås torrt med kväve. Placera provet i plasmaasher och ta bort den exponerade grafen med syreplasma. Senare, ta bort fotoresistskiktet genom att nedsänka i aceton i 10 minuter.Tvätta provet med aceton, IPA och avjoniserat vatten och baka på en varm tallrik vid 75 grader Celsius i 30 minuter. Applicera den tredje fotolitografiprocessen med mask C för att mönstra passiveringsfotoresistskiktet för att skydda den underliggande grafenen på substratet. Använd samma processparametrar som tidigare nämnts, inklusive spinning med positiv fotoresist, härdning av provet och utveckling med fotoresistutvecklare.Senare sänk ner provet i nickel etchant vid 60 grader Celsius i 10 sekunder för att avlägsna det återstående nickelskiktet och skölj sedan med avjoniserat vatten och blås torrt med kväve. Slutligen baka provet på en varm tallrik vid 120 grader Celsius i 30 minuter. De representativa resultaten visar den överförda CVD-grafen som kännetecknas av Raman och atomkraftmikroskopi.G-toppen och de tvådimensionella topparna i Raman-bilden ger omfattande information om förekomsten och kvaliteten på den överförda monolagergrafen. Figuren visar EEG FET-biosensor integrerad med en standard silver i silverkloridreferenselektrod och en polydimetylsiloxanbrunn för att innehålla provet. Vidare visar den förstorade vyn av grafenkanalen anslutningen till källelektroden till marken, avloppet och grindelektroderna till källan.PBASE, ett allmänt använt funktionaliseringsreagens för grafen, kan absorberas på grafenytan genom en pi-pi-interaktion utan att skada grafenets elektriska egenskaper. En 5-prime aminomodifierad IgG-aptamer konjugeras med PBASE genom amidbindningskopplingarna mellan den reaktiva och hydroxi-6-kaninamidestern i PBASE och amingruppen på 5-prime-änden av IgG-aptameren. Bovin serumalbumininkubation användes för att blockera de återstående okonjugerade platserna efter sköljning av enheten med en styrka PBS Figuren visar IgG-detektionen under olika elektrolytförhållanden.Kvaliteten på grafen är nyckeln till bästa prestanda för denna enhet. Så under plasmaetsning måste det säkerställas att plasman inte skadar de användbara regionerna i grafenet. PMMA-resterna måste också rengöras helt och hållet för att få en ren grafenyta.Den funktionella enheten visar konsekventa resultat för att detektera mänsklig IgG-antikropp, så proceduren kan användas som referens för att bygga enheter med andra nanomaterial för att studera gränssnittsinteraktioner och biosensing.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Syntes och funktionalisering av kväve-dopade Cups kolnanorör med guld nanopartiklar som korkar

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

Utveckling av en 3D Grafen elektrod dielektroforetisk Device

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

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

Tillverkning av Gate-avstämbara grafen enheter för sveptunnelmikroskopi Studier med Coulomb Föroreningar

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

Synligt ljus Induced Minskning av grafenoxid Använda plasmoniska nanopartiklar

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

Syntes och Funktion av 3D Nano-grafen Material: Grafen aerogel och Grafenmakro församlingar

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

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

Effekt av Bock på de elektriska egenskaperna hos Flexibel Organic Single Crystal-baserade fälteffekttransistorer

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

Atmosfäriskt tryck tillverkning av stora lager rektangulära SnSe flingor

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

Riktlinjer och erfarenhet av att använda Imaging biomarkör Explorer (IBEX) för 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

Tillverkning av tredimensionella grafen-baserade Polyhedrons via Origami-liknande själv vikning

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

Beredning av grafen flytande celler för observationen av litium-jon batterimaterial

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