В последнее время команда Сюй Чжи из Лаборатории материалов Шуншаньху в сотрудничестве с Фу Ванъяном из Университета Цинхуа опубликовала в ведущем журнале нанотехнологий «Small» выдающееся исследование под названием «Ультрачувствительная платформа биохимического сенсинга, реализованная за счёт прямого роста графена на изоляторе». В данной работе, используя технологию плазменного усиленного химического осаждения из газовой фазы (PECVD) компании Zeyou Technology, удалось успешно осуществить прямой рост графена на кремниевых пластинах, что открывает новые перспективы в области биосенсоров.

Уникальные электрические свойства графена и его применение в сенсорах

Графен, будучи двумерным материалом, привлекает особое внимание своими выдающимися электрическими свойствами. Однако, поскольку все его атомы находятся на поверхности, графен чрезвычайно чувствителен к изменениям внешней среды. Это придаёт ему огромный потенциал в области биосенсоров, особенно для быстрой и точной диагностики. Ещё в начале вспышки пандемии COVID‑19 в 2020 году исследовательская группа с помощью графеновых технологий успешно обеспечила быстрое выявление вируса SARS‑CoV‑2.

Однако традиционные методы мокрого переноса и полупроводниковые технологии трудно совместимы с графеновыми технологиями, поскольку широко используемые органические подложки и металлические травители оставляют химические примеси, что ограничивает выход и характеристики биосенсорных устройств. Ключ к решению этой проблемы — прямое выращивание двумерных материалов на диэлектрических или полупроводниковых подложках без применения металлических катализаторов.

Технология PECVD способствует росту графена

В рамках данного новейшего исследования исследовательская группа применила технологию PECVD компании Zeyou Technology, осуществив прямой рост графена на кремниевых подложках методом плазмоусиленного химического осаждения из газовой фазы без использования металлических катализаторов. Этот технологический прорыв не только устранил проблемы совместимости, характерные для традиционных процессов, но и позволил успешно создать биосенсорные чипы на основе полевых транзисторов на основе графена (GFET) с высоким выходом.

Сверхчувствительные характеристики биосенсоров

После электрических испытаний эти GFET‑устройства продемонстрировали высокую стабильность характеристик, включая сопротивление, подвижность носителей заряда и характеристики трансферных кривых. В условиях лабораторных тестов разработанные биосенсоры проявили сверхчувствительные свойства, позволяя обнаруживать антиген нуклеокапсидного белка (N‑белка) вируса SARS‑CoV‑2 в концентрациях, достигающих субфемтомолярных уровней, что сопоставимо с качественными графеновыми биосенсорами, получаемыми традиционным мокрым трансфером. Путём анализа шумового спектра исследовательская группа оптимизировала структуру и площадь устройств, благодаря чему PECVD‑графен обладает выдающимися шумовыми характеристиками; при этом предел обнаружения в основном определяется дрейфом сенсора.

Обладает потенциалом для клинического применения

Для проверки клинических характеристик биосенсора исследовательская группа включила образцы мазков из зева пациентов с COVID‑19 и образцы здоровых лиц в тестирование на сенсоре; при этом получаемый сигнал оказался достаточно выраженным для различения, без необходимости предварительной маркировки или амплификации. Это свидетельствует о том, что графен, непосредственно и равномерно выращенный методом PECVD на подложке‑диск, является перспективным материалом для создания высокопроизводительных и высокочувствительных биосенсорных чипов.

Перспективы на будущее

Публикация этих научных результатов не только технически устранила влияние дефектов, возникающих при росте графена, на его электрические свойства, но и открыла новые направления развития в области биосенсоров. В будущем графеновые биосенсоры, созданные на основе данной технологии, обещают сыграть важную роль в таких сферах, как медицинская диагностика и мониторинг эпидемий. Это также демонстрирует высокий уровень технологии PECVD компании «ZEPTOOLS» в сфере нанотехнологий и закладывает прочную основу для дальнейших исследований и практического применения в области биосенсоров.

Плазменная система химического осаждения из газовой фазы CVD компании ZEPTOOLS

Полностью электрический стол для переноса двумерных материалов компании ZEPTOOLS

Компания «Аньхой Цзэюй Технологии» — это научно‑инструментальная фирма, обладающая полностью самостоятельными правами интеллектуальной собственности. С начала 1990‑х годов, когда была начата разработка электронных микроскопов и сопутствующего оборудования, её исследовательская команда неизменно стремится предоставлять высококачественные приборы для нанонаучных исследований. В настоящее время компания располагает в том числе… Пико Фемто Серия Система измерений в режиме in situ с использованием ТЭМ 、 Система измерений СЭМ в нативном состоянии 、 Настольный сканирующий электронный микроскоп серии ZEM 、 Ступенчатый измеритель серии JS 、 Нано‑пьезо‑столик 、 Станок для переноса двумерных материалов 、 Пробоночная платформа и низкотемпературная система 、 Линейка с датчиком линейного перемещения Ряд продуктовых линеек, включая …, пользуются широким признанием как на внутреннем, так и на международном рынках, заполняя многочисленные пробелы в отечественной сфере научно‑точных измерительных приборов.