泽攸科技引领先端技术,直接生长石墨烯助力超灵敏生物传感器


发布时间:

2023-12-29

近期,松山湖材料实验室许智团队与清华大学符汪洋合作在纳米领域头部期刊《Small》上发表了一项引人注目的研究成果,题为“Ultrasensitive biochemical sensing platform enabled by directly grown graphene on insulator”(通过直接在绝缘体上生长的石墨烯实现的超灵敏生物传感平台)。这项研究利用泽攸科技的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,成功地在硅晶圆上实现了石墨烯的直接生长,为生物传感器领域带来了新的可能性。

近期,松山湖材料实验室许智团队与清华大学符汪洋合作在纳米领域头部期刊《Small》上发表了一项引人注目的研究成果,题为“Ultrasensitive biochemical sensing platform enabled by directly grown graphene on insulator”(通过直接在绝缘体上生长的石墨烯实现的超灵敏生物传感平台)。这项研究利用泽攸科技的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,成功地在硅晶圆上实现了石墨烯的直接生长,为生物传感器领域带来了新的可能性。

石墨烯的独特电学特性与传感器应用

石墨烯作为一种二维材料,以其出色的电学性能而备受瞩目。然而,由于其所有原子暴露在外,石墨烯对外界环境的变化极为敏感。这使得其在生物传感器领域具有巨大潜力,尤其是在即时、准确诊断方面。早在2020年新冠疫情爆发初期,研究团队就通过利用石墨烯技术成功实现了对SARS-CoV-2病毒的快速识别。

然而,传统的湿法转移制备工艺与半导体工艺难以与石墨烯技术兼容,因为常用的有机支撑层、金属刻蚀剂等会留下化学杂质,从而限制了生物传感器器件的产率和性能。解决这一问题的关键在于在绝缘或半导体等介质基底上,无需金属催化剂,直接生长二维材料。

PECVD技术助力石墨烯生长

在这项最新的研究中,研究团队采用了泽攸科技的PECVD技术,通过等离子体增强化学气相沉积方法在硅晶圆上实现了对石墨烯的直接生长,而无需金属催化剂。这一技术突破不仅解决了传统工艺中的兼容性问题,而且成功构建了高产率的石墨烯场效应晶体管(GFET)生物传感器芯片。

生物传感器的超灵敏性能

经过电学测试,这些GFET器件表现出良好的一致性,包括电阻、载流子迁移率和传输特性曲线。在实验室测试条件下,进一步制备的生物传感器展现出超灵敏的性能,能够检测稀释到亚飞摩尔浓度的SARS-CoV-2病毒核衣壳蛋白(N蛋白)抗原,与传统湿法转移的高质量石墨烯生物传感器相当。通过噪声频谱分析,研究团队优化了器件结构与面积,使得PECVD石墨烯具备出色的噪声性能,而其检测限主要受制于传感器漂移。

具备临床应用潜力

为验证生物传感器的临床应用性能,研究团队将COVID-19患者的咽拭子样本与健康人样本加入传感器测试,无需前期标记或扩增即可得到足以分辨的信号。这表明PECVD直接均匀生长在晶圆上的石墨烯在高产率、高灵敏生物传感器芯片方面具备可行性。

未来展望

这项研究成果的发表不仅在技术上解决了石墨烯生长过程中缺陷对电学特性的影响问题,也为生物传感器领域带来了新的发展方向。未来,基于这一技术的石墨烯生物传感器有望在医学诊断、疫情监测等领域发挥重要作用。这也展示了泽攸科技的PECVD技术在纳米科技领域的先进水平,为生物传感器领域的进一步研究和应用奠定了坚实基础。

泽攸科技等离子体增强化学气相沉积系统CVD

泽攸科技全电动二维材料转移台

安徽泽攸科技有限公司是一家具有完全自主知识产权的科学仪器公司, 自20世纪90年代开始投入电镜及相关附件研发以来,研发团队一直致力于为纳米科学研究提供优秀的仪器。目前,公司有包括PicoFemto系列原位TEM测量系统原位SEM测量系统ZEM系列台式扫描电镜JS系列台阶仪纳米位移台二维材料转移台探针台及低温系统光栅尺等在内的多个产品线,在国内外均获得了高度关注,填补了国家在科学精密仪器领域的诸多空白。