用于纳米分析物传感的介电泳增强石墨烯场效应晶体管

介电泳（DEP）传感是一种极其重要的传感方式，能够实现纳米级可极化粒子的快速捕获与检测。这使其成为医疗诊断、环境监测和材料科学应用中的多功能工具。由于 DEP 依赖于尖锐电极边缘的产生，其灵敏度从根本上受限于电极厚度。石墨烯凭借其单层厚度，能够缩放 DEP 力，从而允许在超低电压下在石墨烯边缘捕获粒子。然而，迄今为止，石墨烯这种增强的捕获效率尚未转化为有效的传感几何结构。在此，我们展示了将石墨烯 DEP 捕获能力扩展到石墨烯场效应晶体管（GFET）几何结构中，从而允许对捕获的粒子进行电学检测。这种四端子多功能混合器件结构在三种不同模式下运行：DEP、GFET 和 DEP-GFET。通过将 GFET 的沟道分割为多个平行沟道，利用荧光显微分析证明了粒子捕获密度的大幅增加。我们展示了利用工程化“纳米位点”（即石墨烯中尺寸约为 200-300 nm 的孔洞）对捕获效率的进一步增强。对固定化金纳米颗粒的扫描电子显微镜分析表明，对于适当工程化的纳米位点，捕获效率 >90%。利用纳米位点捕获，我们还展示了对 AuNP 的实时快速电学传感，在 4.1 秒内电流变化 >2%，以及对多种生物分子包覆纳米颗粒的快速传感。这项工作表明，石墨烯 DEP 是用于纳米颗粒和生物分子传感的有效平台，能够克服基于扩散限制和布朗运动的相互作用。