基于石墨烯异质结构的性能增强型非酶葡萄糖传感器
应用物理
2020-01-01 v4
摘要
本研究提出一种利用石墨烯肖特基二极管、由石墨烯(G)/氧化铂(PtO)/n-硅(Si)异质结构组成、具有增强选择性与灵敏度的葡萄糖传感器新设计。通过不同葡萄糖浓度与干扰溶液测试该传感器以考察其灵敏度与选择性。通过调整氧化铂薄膜厚度研究器件的不同结构以考察其催化活性。发现薄膜厚度在葡萄糖氧化效率及整体器件灵敏度中起重要作用。在 4-10 mM 情况下获得 0.8-2 uA 输出电流，灵敏度为 0.2 uA/mM.cm2。此外，结果显示在两种不同 PtO 厚度（30 nm 与 50 nm）上测试 4 mM 葡萄糖分别获得 0.8 uA 与 15 uA。通过增加 PtO 层厚度，器件灵敏度增强 150%（即高达 30 uA/mM.cm2）。这归因于葡萄糖氧化活性位点数量的增加以及石墨烯层厚度的增加，后者导致载流子浓度与迁移率提升。此外，利用密度泛函理论(DFT)进行理论研究以更好理解检测方法与选择性起源。传感器的工作原理使其相对于其他非酶葡萄糖传感器具有竞争优势。DFT 计算定性解释了铂衬底上方含 D-葡萄糖分子体系中石墨烯薄片的电荷分布。所提出的 G/PtO/n-Si 异质结构已证明满足这些因素，为开发更可靠的非酶血糖仪用于连续葡萄糖监测系统开辟了道路。
引用
@article{arxiv.1812.06466,
title = {Performance-Enhanced Non-Enzymatic Glucose Sensor Based on Graphene-Heterostructure},
author = {Mahmoud A. Sakr and Karim Elgammal and Anna Delin and Mohamed Serry},
journal= {arXiv preprint arXiv:1812.06466},
year = {2020}
}
备注
Keywords: graphene; electrochemical; biosensor; heterostructure; non-enzymatic; Schottky diode; glucose; glucometers; ALD; PtO