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Konstruktion und Optimierung eines auf Graphen basierenden Feld-Effekt-Transistor-Devices
Ciril Rozman
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Wolfgang Knoll
DOI
10.25365/thesis.25878
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29557.78688.368370-8
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
In dieser Diplomarbeit wird ein neuartiger Biosensor auf Graphen Basis entwickelt und auf Funktionalität überprüft. Hierzu werden eine Reihe von elektrischen Detektionsmessungen durchgeführt, bei denen der hergestellte Feldeffekttransistor (FET) in der liquid-gate Konfiguration betrieben wird. Zur sensitiven Detektion von unterschiedlichen Salzkonzentrationen und pH-Wert Schwankungen in Elektrolyten, als auch zur konzentrationsabhängigen Detektion von Biomolekülen in Flüssigkeiten steht des weiteren die Konstruktion einer geeigneten Durchflusszelle im Vordergrund der Aufgabenstellung. Durch die angefertigte Durchflusszelle wird nicht nur eine Reproduzierbarkeit der FET-Messungen (u.a. Detektionsvolumen, Durchflussrate) sichergestellt, sondern auch eine Abschirmung nach außen gewährleistet.
Im Einzelnen wurde zunächst Graphen hergestellt und charakterisiert, ein geeignetes Substrat zur Herstellung des FET gewählt und eine Auftragsmethode für das Graphen gewählt. Zur Kontaktierung des Graphens auf dem Substrat mittels Goldelektroden wurde eine Schablonenmaske für zur Goldbedampfung entwickelt. Für die zu konstruierende Durchflusszelle wurden schrittweise 3 Prototypen hergestellt und jeweils leicht modifiziert. Sie mussten entsprechend geplant und dimensioniert werden, laminaren Fluss und reproduzierbare Messungen gewährleisten. Mit einem hochsensitiven Multimeter von Keithley wurden Versuchsmessungen der Ionenstärken eines Elektrolyts, pH-Bestimmnung sowie die Detektion von Proteinen (bovine serum albumin (BSA)) durchgeführt und reproduziert. Es zeigte sich eine Sensitivität von 23mV/pH bei der pH-Analyse und eine Abhängigkeit der BSA_Detektion von der Ionenstärke. Des weiteren wurden für die Detektion von BSA die Anbindungskoeffizienten bestimmt und mir der Literatur verglichen. Damit soll ein grundlegender Messaufbau für die Detektion von Biomolekülen auf Graphen reproduzierbar gestaltet werden.
Abstract
(Englisch)
In this Thesis a new Biosensor based on graphene was established and tested for functionality. Therefore a series of measurements in liquid-gated configuration of the field-effect transistor (FET) were performed. The detection of the ionic strenght and pH values of electrolytes and the concentration-dependant detection of bovine serum albumin (BSA) were performed after the construction of a suitable flow-cell. The designed flow-cell assures the reproducibility of the FET-measurements. (detecion volume, flow speed) and screening from the environment.
In detail graphene was produced and characterized, a suitable substrate for the FETs and a applying method for the graphene were chosen. The electrode-contacts were applied with a constructed evaporation mask via gold evaporation. Three Prototypes of the flow-cell have been constructed, accordingly modified and planned to assure laminar flow and reproducibility of the measurements. With a high-sensitive multimeter from Keithley test-measurements of the ionic strenght in electrolytes, pH-detection and detection of BSA were performed and reproduced. The device showed a sensitivity of 23mV/pH for the pH-detection and a dependence of the BSA detection from the ionic strenght of the used buffer. The Langmuir adsorption constant were determined and compared to literature. Thereby a basic biosensor platform for the detection of biomolecules should be constucted.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Graphene FET Biosensor
Schlagwörter
(Deutsch)
Graphen FET Biosensor
Autor*innen
Ciril Rozman
Haupttitel (Deutsch)
Konstruktion und Optimierung eines auf Graphen basierenden Feld-Effekt-Transistor-Devices
Paralleltitel (Englisch)
Construction and optimization of a graphene-based field-effect-transistor device
Publikationsjahr
2013
Umfangsangabe
93 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Wolfgang Knoll
Klassifikation
33 Physik > 33.05 Experimentalphysik
AC Nummer
AC11142049
Utheses ID
23113
Studienkennzahl
UA | 411 | | |