石墨烯场效应

制造，最优化，和石墨烯场效应对传感器的影响

目录

石墨烯的制造方法510

功能512

传感器的几何构造513

电子学513

流体系统515

双层电子管516

医学上的应用516

疾病的预防和治疗517

慢性疾病的细菌载体517

外科手术和危险的治疗517

结论和未来的工作518

作者信息518

注解518

传记518

感谢519

参考文献519

精确的化学聚合物的测量是建立在许多工人和医学上技术上的。尽管敏感性，分离性和快速的反应都是传感器的优点，但是应用范围的巨大广泛性，对治疗糖尿病去控制一个工业的步骤去监测水的质量-便阻碍了得出一个合适的化学或者生物样品的监测方案。更多的，每一种转换的方法都有建立在更高级的材料，模拟试验，和更好的适合它的单一测量的简单类型优势和缺点。在这种观点下，我们将讨论石墨烯传感器的潜力，尤其是石墨烯的电子方面的潜力，操作一种免费标注的适合真实的测量目标物种的平台。我们将讨论传感器是如何被做的以及石墨烯的巨大作用对于这些应用。回顾已经被安排讨论的石墨烯的成分，从下到上的建立。当这样做的时候，我们将强调和回顾一下被报道的许多在这个领域活跃的团队的最好的实验，当指出那些需要更长远发展的区域或者平衡的集中发展区域。

因为我们将在细节上讨论对于生物传感方面石墨烯的使用，那是有用的简明扼要的讨论无标记的测量的概念。对于生物传感的大多数方案使用一个标记来增强转换信号。例如，在一种酶连接生物吸收剂试验，目标生物分子是第一个夺得抗体，下一个是酶标注的抗体，最后是酶标记转移到一个带有明显颜色改变的分子基质中。因为酶能够转移许多分子基质，夺得每个目标分子的结果是带有放大的标志。通常来说，标记能够变成任何材料--荧光的生物分子，有磁性的微粒，量子点等等----提高了在背景音乐上的生物分子的信号。在生物传感上使用标记已经提前变成了可能，许多商业化的，以及能够快速生产，生物分子浓度从基质中萃取。当这些市场决定的方法的优点和缺点，就会有所有的标记试验的固有的困难。最清晰的困境是简单标记必须被添加到体系中的事实。添加标记需求更多的试剂，常常需要更加复杂的运动流体学系统，以及添加复杂的系统到体系中通过介绍一种阻碍和大量的运输的物质。更重要是，这些细菌障碍或许会影响生物分子的粘连性能，改变它的自然的相互作用用夺取探针的方法。更多的是，在传感期间标注是典型的消耗能量，这就限制了传感器或许被取代而不出席或者不频繁的展现出来。如果目的是实时的监视混合的过程，那么这些权衡就会被削减。一个可选择的战略和策略对于生物传感是去生产一种用来生物分子它本身的信号。如果这么做，然后这个信号将被产生当生物分子结合的时候，这种信号应该被视为一种作为这个目标的新的可能，然而这里没有消耗品来消耗。传感生物分子它本身是一个挑战目标，但是也是一个实质性的报酬，能够简单的，快速的，耐用的方式。

很长的一段时期，生物分子的实时监视本将是一个具有巨大意义的成果。然而，如果传感的花费是巨大的，那么他带来的利益将是有限的。低的费用将传感器能够得到广泛的传播对于可传染疾病的传感是无处不在的，例如，对于诊所的诊断学在全世界的发展。显而易见的，减少花费是在传感方面的一种目标，但是我们知道传感需要很细小的考虑在每一个等级的制造方面，如：基层，传感材料，过程，包装，和电子工业。这也就是说，花费并不是一个可预算的目标，我们将不能从事它如果没有任何东西，化学的石墨烯的气相沉淀和氧化石墨烯是相当的便宜的材料能够符合便宜的过程。

对于无标记的，实时的传感一个解决方案是生物分子的晶体管效应或者是生物的场效应晶体管，那是一种智能的节点离子选择场效应晶体管，初次被Bergveld报道过。第一次被描述是在便利的场效应晶体管，入门被使用在导电性材料的电极的改变在电流的流进和流出之间。类似的，在生物场效应晶体管，那是自然的载体在被有约束力的带电分子制造，或者更一般的讲，电荷转移来自一种可以跨导的可转移入口。这些有许多的好处对于这种方法。首先，大多数的生物分子被充电，然后途径是本无标记的。第二，信号时带电的，因此很容易被测量，记录和报道，使用一种常见的电子学。这里没有可移动的部分或者是光学校准需要去担心，因此这个设备总是参差不齐的。最后电子制造技术是非常的先进的，因此很容易导致微型化和按比例的制造。

许多的团队已经发展了场效应晶体管的传感器观念，这个学科已经能够到处传播了。尤其的已经影响了传感器的硅纳米线和碳纳米管的发展。这种技术展示出非同一般的表现和目前巨大的发展前途，因此在某种情况下那是困难的去声明在这种技术上可决定性的限制。就一般观点而言，那可能说从硅纳米管中获得最高的效率血药血多工程步骤，那会增加每个传感器的花费。在硅元素过程的改进是应该继续减少这些费用。碳纳米管传感器更容易获得；然而一种被遗留的有困难的出售可再生产的在基层或者，生产他们在基层，那或许有技术的限制（不可弯的，昂贵的，等等）。甚至当一个碳纳米晶体管被放置，它的电子特性取决于非常小的在直径和螺旋形的不同，那是很难控制的。生产出碳纳米晶体管是一种包含着这种缺陷的演示方法。

石墨烯，然而，有许多容易的可进入的优势。它包括单层的sp2轨道碳原子被放置在似蜂巢的模型下。那又一个很高的，本来的无穷的，表面的体积比，如任何原子被吸引到它的表面都有潜力区改变它的电子特性。这个吸附物能够改变它的特性不仅通过向石墨烯中掺一定量的杂质，或者是提高散射能力去减少固有的高的迁移率和整体的导电性。它一直是合适的半导体制造工艺。最后，当第一次石墨烯被研究时，插层型石墨烯是非常的昂贵的由于必不可缺少的大量的使用者的操作，石墨烯的花费突然的减少下来。化学蒸汽沉淀能够生产出大量的石墨烯，化学改良的石墨烯的费用如GO是非常低的，以至于在应用时变成了一个不成问题的问题。自上而下的制造传感器，首先考虑的是基质。利用为微弱原子能材料如石墨烯展示出的独特资产，由于它的细微性，那就是电子工业的和半透明的化学。在二氧化硅早期的石墨烯研究展示出基质的带电不均匀性诱发出石墨烯局部电荷的转移。两个最近的期刊已经更加深度的演示出这种半透明的影响，下层基质控制着石墨烯上表层的行为。在某个列子下，湿润的石墨烯被下层基质长期的waals的延伸成薄膜的影响表面能量的编码规则影响着。另一个例子，基质的表面镀膜加工是展现出强烈的影响电荷转移的速率在石墨烯的上表面。血多的解决办法已经被提议去减少基质的影响。举个列子，硼已经展示出几号的绝缘性在石墨烯和硅的基质；然而，对于这种高的能力大的规模的材料薄膜热然在发展。接着一种探讨的是的氧化硅，有着石墨烯的氧化硅和阻碍水，那也能填涂石墨烯。最后，能够防止石墨烯的在基质的聚合物上为了避免整个的这些带电的和获得易弯曲的基质。例如，聚甲基丙烯酸甲酯polystyrene没有展示出对石墨烯掺杂的影响。通识，这个表明基质是一种有效的协调石墨烯的方法以及基质的表面细节应当被考虑进来当构