pH-sensitive solution-gated reduced graphene oxide field effect transistor for bio-sensing application
저자
발행사항
서울 : 성균관대학교 일반대학원, 2012
학위논문사항
학위논문(석사)-- 성균관대학교 일반대학원 : 신소재공학과 2012. 2
발행연도
2012
작성언어
한국어
주제어
DDC
620.11 판사항(22)
발행국(도시)
서울
형태사항
72 p. : 삽도, 챠트 ; 30 cm.
일반주기명
지도교수: 이내응.
참고문헌 : p. 65-70.
DOI식별코드
소장기관
Recently, graphene based solution-gated field-effect transistors (SGFETs) have been received a great attention in biochemical sensing applications. Graphene and reduced graphene oxide (RGO) possess various advantages such as high sensitivity, low detection limit, label-free electrical detection, and ease of fabrication due to their 2D nature and large sensing area compared to 1D nanomaterials-based nanobiosensors. Therefore, graphene or RGO -based SGFET is a good potential candidate for sensitive detection of protons (H+ ions) which can be applied as the transducer in various enzymatic or cell-based biosensing applications. However, reports on detection of H+ ions using graphene or RGO based SGFETs have been still limited. According to recent reports, clean graphene grown by CVD or exfoliation is electrochemically insensitive to changes of H+ concentration in solution because its surface does not have terminal functional groups that can sense the chemical potential change induced by varying surface charges of H+ on CVD graphene surface.
In this work, we used RGO -SGFETs having oxygen-containing functional groups such as hydroxyl (OH) groups that effectively interact with H+ ions for expectation of increasing pH sensitivity. Additionally, we also investigate RGO based SGFETs for bio-sensing applications. Hydroloytic enzymes were introduced for sensing of biomolecular interaction on the surface of RGO -SGFET in which enzyme and substrate are acetylcholinesterase (AchE) and acetylcholine (Ach), respectively. The increase in H+ generated through enzymatic reaction of hydrolysis of Ach by AchE immobilized on RGO channel in SGFET could be monitored by the change in the drain-source current (Ids).
최근 바이오케미컬 센서 응용분야에서 용액게이트로 동작하는 그라핀 소재 기반 전계효과 트랜지스터가 큰 주목을 받고 있다. 그라핀과 환원된 산화 그라핀 은 2차원 구조를 갖고 있어 1차원의 나노재료 기반 나노바이오센서에 비하여 넓은 감지 면적으로 인한 높은 민감성, 낮은 검출 한계, 비표지 전기적 검출 그리고 쉬운 제작공정과 같은 다양한 이점들을 가지고 있다. 그러므로 그라핀 또는 산화 그라핀 기반 전계효과 트랜지스터는 민감한 수소이온 검출센서로써 아주 좋은 후보이며 나아가 다양한 효소 또는 세포기반 바이오센서의 신호변환기로써 적용 될 수 있다. 그러나 현재까지 보고된 바로 보면, 그라핀 또는 환원된 산화 그라핀을 이용한 수소이온 검출에는 아직도 한계가 있다. 최근 연구논문에 의하면 CVD 성장법 또는 기계적 박리법으로 제작된 깨끗한 그라핀 표면은 전기화학적으로 용액내의 수소이온 농도 변화에 민감 하지 않다고 발표 된 바가 있다. 그 이유로써, 그파린 표면에 어떠한 기능성 그룹도 존재하지 않기 때문에 기능성 그룹에 의한 화학적 전위변화를 유도하지 못하기 때문이다.
따라서 본 연구에서는 환원된 산화 그라핀을 이용함으로써 그가 가지고 있는 수산화기 같은 기능화 그룹들이 수소이온과 효과적으로 작용함으로써 pH 민감도를 증대 시켜줄 것을 예상 하였다. 추가적으로 환원된 산화 그라핀 기반 pH 센서를 바이오센싱에 응용해 보았다. 아세틸콜린 센싱을 위해 아세틸콜린에스테라아제라는 가수분해효소를 환원된 산화 그라핀 표면에 고정시키고 각 농도의 아세틸콜린용액을 첨가하여 센싱 특성을 보았다. 아세틸콜린에스테라아제의 효소활동으로써 아세틸콜린이 콜린과 아세트산으로 분해되며 생성되는 수소이온이 전계효과 트랜지스터의 환원된 산화 그라핀 채널의 표면 전위차를 생성시키고 그 전위차는 드레인-소스 전류로써 측정 되었다.
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