Review—Recent Advances in Graphene-Based Field-Effect-Transistor Biosensors: A Review on Biosensor Designing Strategy

Abstract

Biosensors for quick diagnosis and in situ monitoring are increasingly needed in health care. Field-effect transistor based biosensors have attracted much attention due to their high sensitivity and compatibility with point-of-care applications. As the most important 2D material, graphene has been investigated intensively as a channel material for transistor-based sensors due to its easily enhanced selectivity by rather simple functionalization. However, in order to realize its practical applications, challenges still remain, such as device stability and reproducibility. Here, we review recent progress in the general design strategy of high-performance graphene field-effect transistor biosensors with emphasis on the device physics, defects, Debye screening, and functionalization. Finally, both current applications and perspectives on future development are given.

To the theory of organic macromolecules adhesion on the single-layer graphene: Dangling bonds model

“…It should be noted, however, that quantitative studies of adhesion are evidently insufficient, though such papers are sometimes published [10,50]. Moreover, adhesion issues are not considered at all in papers on biosensors [2,[8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18].…”

“…This interest has produced theoretical suggestions (with subsequent technological implementation) of different variants of chemical gas sensors [2][3][4][5][6][7]. Further developments in this area were biosensors [2,[8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18]. From the theoretical viewpoint, the value of charge transfer between the adsorbed object and the substrate must be known in order to describe sensor operation; from the technological viewpoint the energy of bond between the studied object and the substrate (adsorption energy) has to be known.…”

К Теории Адгезии Органических Макромолекул На Однослойном Графене: Модель Оборванных Связей

“…Отметим, однако, что количественных исследований адгезии явно недостаточно, хотя подобного рода работы начинают появляться [10,50]. Более того, в работах по биосенсорам [2,[8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18] вопросы адгезии вообще не рассматриваются.…”

“…Этот интерес вызвал теоретические предложения (с последующей технологической реализацией) различных вариантов химических газовых сенсоров [2][3][4][5][6][7]. Дальнейшими шагами в этом направлении стали биосенсоры [2,[8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18]. С теоретической точки зрения, для описания работы сенсора необходимо знать величину перехода заряда между адсорбированным объектом и подложкой; с технологической точки зрения -энергию связи изучаемого объекта с подложкой (энергию адсорбции).…”

Органическая Макромолекула На Графене Со Структурными Дефектами: Оценки Перехода Заряда И Энергии Адгезии

“…Выявленная в работе [1] уникальная способность детектировать адсорбцию одиночной молекулы сделала графен одним из самых привлекательных материалов для резистивных газовых сенсоров [2][3][4][5], а затем и для биосенсоров [6][7][8][9][10]. Характерные объекты исследования в последнем случае -макромолекулы (ММ),представляют собой системы (бляшки -plaques) с большим количеством атомов и линейными размерами порядка сотни ¦ .…”