利用現(xiàn)有的色譜，分光光度法和電位計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)，高分辨率，同時(shí)測(cè)量多種離子種類仍具有挑戰(zhàn)性。電位離子傳感器在分辨率和選擇性上都表現(xiàn)出局限性。在此，我們開發(fā)了晶圓級(jí)石墨烯晶體管技術(shù)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(chǎng)效應(yīng)晶體管(ISFETs)的理想材料，與傳統(tǒng)半導(dǎo)體相比，它可以更方便地制作。我們將ISFET開發(fā)成一個(gè)陣列，并應(yīng)用Nikolskii–Eisenman分析法來解決交叉敏感性問題，從而實(shí)現(xiàn)高選擇性。通過實(shí)驗(yàn)證明可以用分辨率為2*10
-3 log的濃度單位，實(shí)時(shí)同步測(cè)量K
+，Na
+，NH
4+，NO
3-，SO
42-，HPO
42-和Cl
-的濃度。該陣列可達(dá)到±0.05 log濃度的精度。最后，我們演示了在一個(gè)有l(wèi)emnoideae lemna的水族館中進(jìn)行三周的實(shí)時(shí)離子濃度測(cè)量，其中可以觀察水生生物在其生長(zhǎng)過程中對(duì)礦物質(zhì)的吸收情況。
Fig. 1 石墨烯ISFET的制備。
Fig. 2 石墨烯ISFET傳感機(jī)制。
Fig. 3 ISFET對(duì)其目標(biāo)離子的敏感性。
Fig. 4 溫度和pH對(duì)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(shí)時(shí)和同步測(cè)量。
Fig. 7 測(cè)量水族館中的離子濃度。
相關(guān)研究成果于2020年由加拿大麥吉爾大學(xué)Thomas Szkopek課題組，發(fā)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(hào)：
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