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加拿大麥吉爾大學--高分辨率大面積石墨烯場效應晶體管陣列的選擇性離子傳感高分辨率大面積石墨烯場效應晶體管陣列的選擇性離子傳感
     利用現有的色譜,分光光度法和電位計技術,實現實時,高分辨率,同時測量多種離子種類仍具有挑戰性。電位離子傳感器在分辨率和選擇性上都表現出局限性。在此,我們開發了晶圓級石墨烯晶體管技術來克服這些限制。大面積石墨烯是制作高分辨率離子敏感場效應晶體管(ISFETs)的理想材料,與傳統半導體相比,它可以更方便地制作。我們將ISFET開發成一個陣列,并應用Nikolskii–Eisenman分析法來解決交叉敏感性問題,從而實現高選擇性。通過實驗證明可以用分辨率為2*10-3 log的濃度單位,實時同步測量K+,Na+,NH4+,NO3-,SO42-,HPO42-和Cl-的濃度。該陣列可達到±0.05 log濃度的精度。最后,我們演示了在一個有lemnoideae lemna的水族館中進行三周的實時離子濃度測量,其中可以觀察水生生物在其生長過程中對礦物質的吸收情況。
  
Fig. 1 石墨烯ISFET的制備。
 
 
Fig. 2 石墨烯ISFET傳感機制。
 
 
Fig. 3 ISFET對其目標離子的敏感性。
 
 
Fig. 4 溫度和pH對ISFET性能的影響。
 
 
Fig. 5 克服ISFET交叉敏感性。
 
 
Fig. 6 多離子電解溶液中離子濃度的實時和同步測量。
 
 
Fig. 7 測量水族館中的離子濃度。
 
      相關研究成果于2020年由加拿大麥吉爾大學Thomas Szkopek課題組,發表在Nature Communications (https://doi.org/10.1038/s41467-020-16979-y)上。原文:Selective ion sensing with high resolution large area graphene ?eld effect transistor arrays。

摘自《石墨烯雜志》公眾號:

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