Charge-transfer type graphene-FET biosensors using epitaxial graphene film.

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02582
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29010:Applied physical properties-related
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: OHNO Yasuhide 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 准教授 (90362623)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 永瀬 雅夫 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 教授 (20393762) ; 金井 康 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (30721310) ; 前橋 兼三 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40229323)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: グラフェン / バイオセンサ / エピタキシャル / 単結晶

Outline of Final Research Achievements

Protein and amino acids adsorption characteristics using single-crystal, epitaxial graphene film on SiC substrate with large area. The device fabrication processes without electron and photo resist were carried out to realize the polymer-free graphene FET devices. The transport characteristics were shifted in the negative direction by various protein introductions. The shift direction was independent on the proteins' isoelectric point, charge type and amount, indicating that the origin of the adsorption characteristics was the charge transfer between proteins and graphene film. Moreover, we investigated amino acids, which is the building blocks of proteins, adsorption characteristics. Although many amino acids showed electron doping adsorption characteristics like proteins, only the glycine showed charge type dependence of the transfer characteristics.

Free Research Field

半導体工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究結果により、これまでグラフェンを用いたバイオセンサにおける再現性の問題は飛躍的に改善されたと言える。計画段階で提案したとおりセンサ材料として用いる場合は、グラフェンの単結晶生が非常に重要であり、またレジストフリーなデバイスプロセスのような、清浄な表面を維持できるようにすることも重要であることが分かった。また、最大の結果としてグラフェンとタンパク質との吸着特性は単純な電荷移動ではなく、電子がグラフェンに移動する電子移動が支配的であることが分かったことである。これにより非特異吸着による影響を評価することが可能になった。
さらに抗体修飾デバイスによりデバイ長の外側にある抗原の検出に成功した。