石墨烯場(chǎng)效應(yīng)

1、制造，最優(yōu)化，和石墨烯場(chǎng)效應(yīng)對(duì)傳感器的影響目錄石墨烯的制造方法510功能512傳感器的幾何構(gòu)造513電子學(xué)513流體系統(tǒng)515雙層電子管516醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用516疾病的預(yù)防和治療517慢性疾病的細(xì)菌載體517外科手術(shù)和危險(xiǎn)的治療517結(jié)論和未來的工作518作者信息518注解518傳記518感謝519參考文獻(xiàn)519精確的化學(xué)聚合物的測(cè)量是建立在許多工人和醫(yī)學(xué)上技術(shù)上的。盡管敏感性，分離性和 快速的反應(yīng)都是傳感器的優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)用范圍的巨大廣泛性，對(duì)治療糖尿病去控制一個(gè)工業(yè) 的步驟去監(jiān)測(cè)水的質(zhì)量-便阻礙了得出一個(gè)合適的化學(xué)或者生物樣品的監(jiān)測(cè)方案。更多的， 每一種轉(zhuǎn)換的方法都有建立在更高級(jí)的材料，模擬試

2、驗(yàn)，和更好的適合它的單一測(cè)量的簡(jiǎn)單 類型優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)。在這種觀點(diǎn)下，我們將討論石墨烯傳感器的潛力，尤其是石墨烯的電子方 面的潛力，操作一種免費(fèi)標(biāo)注的適合真實(shí)的測(cè)量目標(biāo)物種的平臺(tái)。我們將討論傳感器是如何 被做的以及石墨烯的巨大作用對(duì)于這些應(yīng)用?；仡櫼呀?jīng)被安排討論的石墨烯的成分，從下到 上的建立。當(dāng)這樣做的時(shí)候，我們將強(qiáng)調(diào)和回顧一下被報(bào)道的許多在這個(gè)領(lǐng)域活躍的團(tuán)隊(duì)的 最好的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)指出那些需要更長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的區(qū)域或者平衡的集中發(fā)展區(qū)域。因?yàn)槲覀儗⒃诩?xì)節(jié)上討論對(duì)于生物傳感方面石墨烯的使用，那是有用的簡(jiǎn)明扼要的討 論無標(biāo)記的測(cè)量的概念。對(duì)于生物傳感的大多數(shù)方案使用一個(gè)標(biāo)記來增強(qiáng)轉(zhuǎn)換信號(hào)。例如， 在一種酶連接

3、生物吸收劑試驗(yàn)，目標(biāo)生物分子是第一個(gè)奪得抗體，下一個(gè)是酶標(biāo)注的抗體， 最后是酶標(biāo)記轉(zhuǎn)移到一個(gè)帶有明顯顏色改變的分子基質(zhì)中。因?yàn)槊改軌蜣D(zhuǎn)移許多分子基質(zhì)， 奪得每個(gè)目標(biāo)分子的結(jié)果是帶有放大的標(biāo)志。通常來說，標(biāo)記能夠變成任何材料-熒光的生 物分子，有磁性的微粒，量子點(diǎn)等等-提高了在背景音樂上的生物分子的信號(hào)。在生物傳 感上 使用標(biāo)記 已經(jīng)提前變成了可能，許多商業(yè)化的，以及能夠快速生產(chǎn)，生物分子濃度從 基質(zhì)中萃取。當(dāng)這些市場(chǎng)決定的方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，就會(huì)有所有的標(biāo)記試驗(yàn)的固有的困難。 最清晰的困境是簡(jiǎn)單標(biāo)記必須被添加到體系中的事實(shí)。添加標(biāo)記需求更多的試劑，常常需要 更加復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)流體學(xué)系統(tǒng)，以及添加復(fù)雜

4、的系統(tǒng)到體系中通過介紹一種阻礙和大量的運(yùn)輸 的物質(zhì)。更重要是，這些細(xì)菌障礙或許會(huì)影響生物分子的粘連性能，改變它的自然的相互作 用用奪取探針的方法。更多的是，在傳感期間標(biāo)注是典型的消耗能量，這就限制了傳感器或 許被取代而不出席或者不頻繁的展現(xiàn)出來。如果目的是實(shí)時(shí)的監(jiān)視混合的過程，那么這些權(quán) 衡就會(huì)被削減。一個(gè)可選擇的戰(zhàn)略和策略對(duì)于生物傳感是去生產(chǎn)一種用來生物分子它本身的 信號(hào)。如果這么做，然后這個(gè)信號(hào)將被產(chǎn)生當(dāng)生物分子結(jié)合的時(shí)候，這種信號(hào)應(yīng)該被視為一 種作為這個(gè)目標(biāo)的新的可能，然而這里沒有消耗品來消耗。傳感生物分子它本身是一個(gè)挑戰(zhàn) 目標(biāo)，但是也是一個(gè)實(shí)質(zhì)性的報(bào)酬，能夠簡(jiǎn)單的，快速的，耐用的方式。

5、很長(zhǎng)的一段時(shí)期，生物分子的實(shí)時(shí)監(jiān)視本將是一個(gè)具有巨大意義的成果。然而，如果 傳感的花費(fèi)是巨大的，那么他帶來的利益將是有限的。低的費(fèi)用將傳感器能夠得到廣泛的傳 播對(duì)于可傳染疾病的傳感是無處不在的，例如，對(duì)于診所的診斷學(xué)在全世界的發(fā)展。顯而易 見的，減少花費(fèi)是在傳感方面的一種目標(biāo)，但是我們知道傳感需要很細(xì)小的考慮在每一個(gè)等 級(jí)的制造方面，如：基層，傳感材料，過程，包裝，和電子工業(yè)。這也就是說，花費(fèi)并不是 一個(gè)可預(yù)算的目標(biāo)，我們將不能從事它如果沒有任何東西，化學(xué)的石墨烯的氣相沉淀和氧化 石墨烯是相當(dāng)?shù)谋阋说牟牧夏軌蚍媳阋说倪^程。對(duì)于無標(biāo)記的，實(shí)時(shí)的傳感一個(gè)解決方案是生物分子的晶體管效應(yīng)或者是生物的

6、場(chǎng)效 應(yīng)晶體管，那是一種智能的節(jié)點(diǎn)離子選擇場(chǎng)效應(yīng)晶體管，初次被Bergveld報(bào)道過。第一次 被描述是在便利的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，入門被使用在導(dǎo)電性材料的電極的改變?cè)陔娏鞯牧鬟M(jìn)和流 出之間。類似的，在生物場(chǎng)效應(yīng)晶體管，那是自然的載體在被有約束力的帶電分子制造，或 者更一般的講，電荷轉(zhuǎn)移來自一種可以跨導(dǎo)的可轉(zhuǎn)移入口。這些有許多的好處對(duì)于這種方法。 首先，大多數(shù)的生物分子被充電，然后途徑是本無標(biāo)記的。第二，信號(hào)時(shí)帶電的，因此很容 易被測(cè)量，記錄和報(bào)道，使用一種常見的電子學(xué)。這里沒有可移動(dòng)的部分或者是光學(xué)校準(zhǔn)需 要去擔(dān)心，因此這個(gè)設(shè)備總是參差不齊的。最后電子制造技術(shù)是非常的先進(jìn)的，因此很容易 導(dǎo)致微型化和

7、按比例的制造。許多的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)展了場(chǎng)效應(yīng)晶體管的傳感器觀念，這個(gè)學(xué)科已經(jīng)能夠到處傳播了。 尤其的已經(jīng)影響了傳感器的硅納米線和碳納米管的發(fā)展。這種技術(shù)展示出非同一般的表現(xiàn)和 目前巨大的發(fā)展前途，因此在某種情況下那是困難的去聲明在這種技術(shù)上可決定性的限制。 就一般觀點(diǎn)而言，那可能說從硅納米管中獲得最高的效率血藥血多工程步驟，那會(huì)增加每 個(gè)傳感器的花費(fèi)。在硅元素過程的改進(jìn)是應(yīng)該繼續(xù)減少這些費(fèi)用。碳納米管傳感器更容易獲 得；然而一種被遺留的有困難的出售可再生產(chǎn)的在基層或者，生產(chǎn)他們?cè)诨鶎?，那或許有 技術(shù)的限制（不可彎的，昂貴的，等等）。甚至當(dāng)一個(gè)碳納米晶體管被放置，它的電子特性 取決于非常小的在直徑和

8、螺旋形的不同，那是很難控制的。生產(chǎn)出碳納米晶體管是一種包含 著這種缺陷的演示方法。石墨烯，然而，有許多容易的可進(jìn)入的優(yōu)勢(shì)。它包括單層的sp2軌道碳原子被放置在似 蜂巢的模型下。那又一個(gè)很高的，本來的無窮的，表面的體積比，如任何原子被吸引到它的 表面都有潛力區(qū)改變它的電子特性。這個(gè)吸附物能夠改變它的特性不僅通過向石墨烯中摻一 定量的雜質(zhì)，或者是提高散射能力去減少固有的高的遷移率和整體的導(dǎo)電性。它一直是合適 的半導(dǎo)體制造工藝。最后，當(dāng)?shù)谝淮问┍谎芯繒r(shí)，插層型石墨烯是非常的昂貴的由于必 不可缺少的大量的使用者的操作，石墨烯的花費(fèi)突然的減少下來?；瘜W(xué)蒸汽沉淀能夠生產(chǎn)出 大量的石墨烯，化學(xué)改良的石墨

9、烯的費(fèi)用如GO是非常低的，以至于在應(yīng)用時(shí)變成了一個(gè)不 成問題的問題。自上而下的制造傳感器，首先考慮的是基質(zhì)。利用為微弱原子能材料如石墨 烯展示出的獨(dú)特資產(chǎn)，由于它的細(xì)微性，那就是電子工業(yè)的和半透明的化學(xué)。在二氧化硅早 期的石墨烯研究展示出基質(zhì)的帶電不均勻性誘發(fā)出石墨烯局部電荷的轉(zhuǎn)移。兩個(gè)最近的期刊 已經(jīng)更加深度的演示出這種半透明的影響，下層基質(zhì)控制著石墨烯上表層的行為。在某個(gè)列 子下，濕潤(rùn)的石墨烯被下層基質(zhì)長(zhǎng)期的waals的延伸成薄膜的影響表面能量的編碼規(guī)則影 響著。另一個(gè)例子，基質(zhì)的表面鍍膜加工是展現(xiàn)出強(qiáng)烈的影響電荷轉(zhuǎn)移的速率在石墨烯的 上表面。血多的解決辦法已經(jīng)被提議去減少基質(zhì)的影響。舉個(gè)

10、列子，硼已經(jīng)展示出幾號(hào)的 絕緣性在石墨烯和硅的基質(zhì)；然而，對(duì)于這種高的能力大的規(guī)模的材料薄膜熱然在發(fā)展。接 著一種探討的是的氧化硅，有著石墨烯的氧化硅和阻礙 水，那也能填涂石墨烯。最后，能夠防止石墨烯的在基質(zhì)的聚合物上為了避免整個(gè)的這些帶電的 和獲得易彎曲 的基質(zhì)。例如，聚甲基丙烯酸甲酯polystyrene沒有展示出對(duì)石墨烯摻雜的影響。通識(shí)，這 個(gè)表明基質(zhì)是一種有效的協(xié)調(diào)石墨烯的方法以及基質(zhì)的表面細(xì)節(jié)應(yīng)當(dāng)被考慮進(jìn)來當(dāng)構(gòu) 造生物分子場(chǎng)效應(yīng)晶體管設(shè)備是。石墨烯的生產(chǎn)方法一旦基質(zhì)被準(zhǔn)備好，石墨烯必須被儲(chǔ)存。合成石墨烯的迅速的發(fā)展和已經(jīng)有結(jié)果的發(fā) 展在可行的商業(yè)化的石墨烯的基礎(chǔ)生物分子的場(chǎng)效應(yīng)晶體管穿泛起和設(shè)備的制造路線。自 然的，對(duì)于任何的技術(shù)礦床，這既有有好處也有缺陷要去權(quán)衡 當(dāng)考慮科技的實(shí)現(xiàn)時(shí)。對(duì)已 生物分子的場(chǎng)效應(yīng)晶體管設(shè)備的制造，通常來考慮包含基質(zhì)的選擇，礦床的生薄膜，和所有 的對(duì)于設(shè)備性能的貢獻(xiàn)。對(duì)于石墨烯材料，綜合上可能已經(jīng)突破了兩個(gè)通常的類別1來自 于大量的石墨2薄膜的生成。）當(dāng)許多特殊的 .存在著對(duì)于每一種方法，僅僅只有 一種是最適合生物場(chǎng)效應(yīng)晶體管的應(yīng)用。大量的石墨對(duì)于個(gè)別的石墨烯面板是可能用于機(jī)械的或者是化學(xué)的能力（）。機(jī)械的 石墨烯（2a的型號(hào)）典型的展示出導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)質(zhì)量，因此常用作一定數(shù)量的本質(zhì)的材料 性能。當(dāng)機(jī)械的ex f 小的尺寸和低的效