Label – Free Detection of Deoxyribonucleic Acids (DNA) Hybridisation on 2D materials : Graphene and MoS2

• Main Authors: Phan Thi Kim Loan, 方蓉
• Other Authors: Wei, Kung-Hwa
• Format: Others
• Language: en_US
• Published: 2014
• Online Access: http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/gy6h73

博士 === 國立交通大學 === 材料科學與工程學系所 === 102 === 本論文主要是針對於無標記感測器的應用，以石墨烯和二硫化鉬等二維材料，探討其作為DNA感測器的特性研究。首先，利用化學氣相沉積方式，在大面積的單層石墨烯上，製造出以石墨烯為基底，具有高跨導且低雜訊的場效電晶體。此元件結構可以作為一個DNA感測器，若搭配最佳化的閘極材料、緩衝液濃度與石墨烯表面狀況，偵測敏感度可達到1pM (10-12M)。研究顯示以往為了增加石墨烯傳導特性，利用聚酸甲酯(PMMA)的表面處理技術中，表面殘留的PMMA將會減弱石墨烯的感測性能。此外，若利用金製備石墨烯的感測樣品，其傳導特性將會提升125%。此特點使得石墨烯在作為感測器的應用上，成為一個相當有優勢的材料選擇。同時提出一種可測量霍爾效應(Hall effect)的裝置結構，其參考Vander Pauw方法，可量測在石墨烯上的特定DNA序列。此裝置分析數據可用以支持所提出”僅有電洞載\載子密度增加”之論點 -- 隨著添加的補充DNA或是不匹配DNA的濃度提高，石墨烯元件的電洞載子密度也將增加。這表示測量電洞載子的濃度，比導電率或遷移率都更敏感。且電洞載子濃度增加也表示DNA的雜交作用，P型參雜作用受到閘極的電荷作用而增加。為了準確的偵測到濃度僅有0.01nM的DNA之間的雜交作用，石墨烯元件必須藉由金轉換器來製造。本論文的第二部分，則是探討在石墨烯/二硫化鉬交互堆疊的薄膜上，偵測DNA雜交作用之超靈敏感測。在這種異質結構下，DNA濃度的感測靈敏度可以高達 (10-18M)。並發現一種在此類異質結構下，DNA雜交作用的感測機構。感測作用除了使用場效電晶體，本研究亦應用霍爾效應測量與拉曼光譜分析的技術。同時螢光光譜分析也是用來觀察DNA雜交作用的重要工具。