Transistores de efeito de campo baseados em grafeno crescido por CVD como uma plataforma para biossensores

Exportado OPUSMade available in DSpace on 2019-08-10T11:16:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 disserta__o_de_mestrado___thiago_stephan.pdf: 2278181 bytes, checksum: e46c4992f0b974d5d57f1140629462f6 (MD5) Previous issue date: 28O grafeno pode ser aplicado desde a detecção de gases a biomoléculas complexas como o DNA. Embora os sensores de grafeno sejam altamente sensíveis, isso não implica que eles também sejam seletivos. O problema da seletividade pode ser solucionado modificando a superfície do material através de funcionalização. Este trabalho visa à fabricação de dispositivos que possam ser produzidos em larga escala usando grafeno crescido por CVD adquirido comercialmente. Desenvolvemos a transferência de filmes de grafeno para substratos de Si/SiO2, fabricamos dispositivos tipo transistor de efeito de campo (FET) por fotolitografia com escrita direta a laser e realizamos a caracterização por espectroscopia Raman e por medidas de transporte elétrico. Foi realizada uma extensa caracterização das propriedades de transporte elétrico dos dispositivos sem funcionalização e funcionalizados com moléculas de Tionina ou PBSE. Os resultados indicam que os dois compostos são ligados à superfície do grafeno e que a funcionalização com Tionina, além de promover uma significativa dopagem tipo-n no material, também gera uma diminuição da mobilidade dos portadores de carga no dispositivo. A funcionalização com o PBSE não produz o mesmo efeito de dopagem. Tanto a Tionina quanto o PBSE são capazes de modificar a superfície do grafeno de modo a proporcionar a imobilização de biomoléculas como os aptâmeros, que são anticorpos artificiais com alta afinidade e especificidade pela proteína alvo. Os experimentos indicaram a ocorrência de uma alta sensibilidade à detecção da proteína Taq DNA polimerase ligada ao seu aptâmero específico. Concluímos que a estratégia de funcionalizar a superfície do grafeno para ancorar anticorpos específicos tem o potencial de levar a uma plataforma sensora ao mesmo tempo de alta sensibilidade, grande especificidade e seletividade.Graphene can be applied in the detection of substances ranging from gas to complex biomolecules such as DNA. Although graphene sensors are highly sensitive, it does not imply that they are also selective. The selectivity problem can be solved by modifying the material surface by functionalization. This work aims at the fabrication of devices that can be mass produced using commercial CVD grown graphene. We developed the transfer of graphene films to Si/SiO2 substrates, we fabricated field effect transistor (FET) devices by photolithography using direct laser writing and performed characterization by Raman spectroscopy and by electrical transport measurements. An extensive characterization of the electrical transport properties of the devices without functionalization and functionalized with Thionine or PBSE molecules was performed. Results show that both compounds are bonded to graphene surface and that Thionine functionalization promotes a significant n type doping in the material and also produces a decrease in the mobility of charge carriers in the devices. Functionalization with PBSE does not produce the very same doping effect. Both Thionine and PBSE are capable of modifying graphene surface in order to provide the immobilization of the aptamer with high affinity and specificity for the target protein. The experiments indicated the occurrence of a high sensitivity to the detection of Taq DNA polymerase protein linked to its specific antibody. We conclude that the strategy of functionalization of graphene surface to attach specific antibodies can lead to a sensing platform with high sensitivity and selectivity