照看布景

石墨烯是一种原子级薄的碳层，对环境变化高度敏锐，包括生物分子相互作用和电荷篡改。这种敏锐性源于其出色的名义体积比和可调谐的电子搬动率，以响应带电部分的吸附。微米级石墨烯传感器的传统制造时期在工业环境中实施资本时髦且具有挑战性，放胆了其平淡接受。通过化学气相千里积(CVD)在铜箔上坐褥石墨烯，然后将其干净地篡改到感兴趣的衬底上，这大大促进了石墨烯晶体管和传感器件的发展。这一革命为使用大面积石墨烯制造智谋度更高、检测限更低的生物传感器铺平了说念路。这么的纠正使得即使在复杂的样品中也能准确地检测主义痕量分析物。尽管取得了这些进展，石墨烯的超高导电性和低电阻率仍有很大的应用后劲，不错增强为电生理实验量身定制的自动移液平台。

照看履行

本文旨在通过将大面积石墨烯传感器集成到现存的固体营救膜时期中来弥合这一差距。石墨烯的集成显赫增强了该平台在高通量水平上进行离子敏锐测量的智力，从而大略快速检测多种分析物。这关于在可靠性和褂讪性特地进攻的限制股东传感器时期至关进攻，如生物时期、医疗保健、环境监测和食物安全。通过杀青CVD滋长石墨烯的湿化学篡改条约，咱们杀青了基于石墨烯的生物传感器，并探索了它们对多样分析物和不同条款的反馈，包括离子强度和浓度的变化，以及卵白质和ssDNA的吸附。

该传感器被构建为具有三个金属电极的SGFET(图1A)。用参考电极代替传统栅极，灵验地使阈值电压响应于两者的界面电位。电解质栅极和电解质-半导体接口。因此，界面电位的任何变化皆会导致半导体电导率的昭着变化。EDL的第一层由与可极化石墨烯电极中电荷相悖的离子构成，而第二层由带正电荷和负电荷的离子构成，这些离子冉冉达到隔离电极的溶液的电位(图1B)。在CNP中，量子电容达到最小值，因为石墨烯中的态密度是最低的。低量子电容导致极小的传导，并在SGFET实验中变成特征v形的底部。当栅极电压隔离CNP时，EDL电容跨越量子电容，这增多了总电容并使更多载流子的加入成为可能。这导致电导增多，变成在输出图中不雅察到的v形臂。然后将洗过的石墨烯样品与干净的PET衬底舀在一个方朝上，允许顶部的两个金电极搏斗(见图1C)。退火过夜后，通过在丙酮中清洗三次五秒钟往复除PMMA，随后，在和善的氮气流下干燥血小板。总计这个词责任经由如图1C所示。在莫得电解栅的情况下，传感器(n=50)在空气中的平均两点电阻为1.7±0.25kΩ，标明了器件坐褥过程的均匀性。

图1石墨烯溶液门控场效应晶体管的基本结构过火电解双层模子和制造工艺

源极和漏极通过塑料外壳与电解液断绝，以瞩目栅极泄走电流大，在施加栅极电压时器件性能不褂讪。在PMMA去除之前和将其粘入塑料外壳之后，传感器血小板的像片如图2A-C所示。图2D中的激光扫描显微镜图像败露了石墨烯片的均匀性过火在源和漏节点上的标的。关于总计测量，传感器皆摈弃在法拉第笼中(图2E)，以促进源和漏极从底部的电搏斗。溶液交换由提供的半自动移液机器东说念主仪器履行(图2F)。

图2 拼装传感器基板，光学图像的血小板和镶嵌到传感平台

篡改到PET上的石墨烯发达出p掺杂的特征，这与CVD滋长的石墨烯每每不雅察到的一样。这解释了在1MKCl中，施加0.1V的VDS时，CNP向正栅极电压(约0.2V)搬动的原因(见图3A)。源极漏极电压的增多使得CNP每增多100mV，向更高的栅极电压标的搬动53.0±1.5mV，如图3B所示。这种位移在空穴传导歧路中保捏不变，如图3A所示。CNP的VGS用于定量离子浓度，如图3C所示，用于检测从皮摩尔到摩尔的动态鸿沟内的氯化钠。除了CNP的位置，弧线的局势也跟着氯化钠浓度的变化而变化(图3C)。图3C形色了狄拉克点随氯化钠浓度变化的变化。绘图狄拉克点行为钠浓度的函数，如图3D所示，不错赢得器件的智谋度(80mV/dec)。相同，赢得了钾浓度图(SI图3)，鸿沟从10-1M到10-10M，智谋度为每十年90mV，检测限(LOD)为10-10M。图3E还揭示了离子浓度的镌汰，这与源极/漏极电流的漂移增强关系。对这一快意的合知晓释是稀释溶液中EDL的显赫性镌汰。

图3 栅极电压扫描弧线线性拟合以及移液机器东说念主的及时测量

回来与瞻望

本文基于石墨烯的传感器擢升了传感器的实用性器件超过电容测量。石墨烯的可调名义特点促进了溶液门控离子敏锐测量，不错接受不同的形势来知晓生物传感器界面上的离子相互作用。咱们通过使用氯化钾进行及时电流测量来讲明这少许。咱们的成果展示了传感器出色的智谋度，与之前的发现比拟，LOD增多了几个数目级，褂讪性和在具有挑战性的环境下的弹性(举例，在不同pH值下的快速溶液交换)。哄骗石墨烯的最好电荷中性和量子电容，咱们哄骗界面特点来显着擢升传感器性能。该系统的上风在于其大略擢升传感器智谋度，大略精准检测轻细的电信号波动。将PET衬底集成到咱们的石墨烯传感器平台中，不错提供可重叠的信号，并擢升资本效益，使咱们的传感器在经济上可行且可膨胀。此外，将石墨烯集成的SSME时期中，处理了该竖立的一个进攻放胆，该放胆将在改日的实验中得到处理-要求划分细胞并在其原始情景下繁芜它们进行测量。基于石墨烯的传感器有助于在生物相容性石墨烯名义凯旋培养细胞或测量细胞膜碎屑，保捏其生理齐全性，并提供更可靠的响应其当然生物情景的数据。

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