Transistor kesan medan nanotiub karbon berdinding tunggal (SWCNT-FET) berdasarkan filem nipis menggunakan teknik berus udara bagi aplikasi pengesanan albumin serum manusia (HSA)

Abstract

Nanotiub karbon berdinding tunggal (SWCNT) adalah bahan yang berpotensi untuk menghasilkan peranti yang kecil dan berkuasa tinggi. Walaubagaimana pun, penghasilan peranti yang berteraskan SWCNT tidak praktikal bagi industri komersil kerana ia memerlukan kelengkapan yang mahal, proses merumitkan serta penghasilan filem nipis yang tidak optimum. Oleh yang demikian, kajian ini memperkenalkan teknik endapan rangkaian SWCNT dengan berus udara untuk menghasilkan filem nipis SWCNT lapisan mono dan seragam supaya menghasilkan aliran arus elektrik yang konsisten. Kajian penghasilan peranti transistor berasaskan SWCNT bermula dengan (1) membuat larutan jenis SWCNT DIPS dan SWCNT CoMoCAT SG65, (2) endapan SWCNT, (3) fabrikasi peranti SWCNT transistor kesan medan (SWCNT-FET) hinggalah akhirnya (4) peranti ini diuji dengan menjadikannya sebagai biosensor bagi mengesan kehadiran biomolekul albumin serum manusia (HSA). Pada asasnya, SWCNT jenis DIPS digunakan untuk proses optimisasi filem nipis kerana sesuai dengan saiz berbanding dengan SWCNT CoMoCAT. Untuk memastikan filem nipis rangkaian SWCNT ini mempunyai lapisan mono dan seragam, proses menghasilkan larutan SWCNT diteliti terlebih dahulu, begitu juga dengan mengoptimumkan tekanan pam, suhu substrat hinggalah jarak nozel berus udara. Bagi menentusahkan kualiti filem nipis rangkaian SWCNT, perincian telah dijalankan dengan menggunakan kaedah optik (Raman spektroskopi), perincian fizikal dengan menggunakan mikroskopi elektron pengimbas pancaran medan (FESEM) dan mikroskopi daya atom (AFM); dan akhirnya perincian elektrik (Keithley 2635B). Fabrikasi peranti SWCNT-FET menggunakan teknik topeng bayang untuk endapan logam yang tidak memerlukan bilik bersih. Perincian daripada FESEM dan AFM menjelaskan bahawa rangkaian filem nipis yang terhasil adalah dalam bentuk lapisan mono dan seragam. Pada perincian elektrik pula membuktikan peranti yang berasaskan filem nipis rangkaian SWCNT ini mempunyai aliran arus konsisten dan mempunyai ciri transistor seperti nisbah Ion/Ioff yang tinggi. Pengujian peranti SWCNT-FET diteruskan dengan menggunakannya sebagai biosensor untuk mengesan kehadiran HSA. Permukaan SWCNT difungsikan dengan 3-tritoksisililpropilamina (APTES) dengan kelarutan yang optimum untuk pemegunan antibodi anti-HSA. Spektroskopi Fourier Transform Infrared (FTIR) mengesahkan pembentukan ikatan kimia NH2 dan NH3+ dan jalinan amino-silan pada permukaan SWCNT. Selepas pemegunan antibodi, keamatan puncak kumpulan amina semakin meningkat dan ia membuktikan pengikatan atom nitrogen amida yang berasal dari antibodi. Biosensor ini menunjukkan sensitiviti yang tinggi iaitu 3.44 μA (g/mL) dengan tahap pengesanan (LOD) serendah 0.47 fg/mL dalam julat linear antara 1 fg/mL hingga 10 pg/mL, dan prestasinya lebih baik dengan kajian lepas. Akhir sekali, biosensor ini menunjukkan selektiviti yang baik ketika diuji terhadap albumin serum bovin (BSA). Keseluruhannya, kajian ini telah berjaya mencapai objektif dan mempunyai potensi untuk untuk dikembangkan kepada aplikasi yang memerlukan sensitiviti dan selektiviti yang tinggi seperti pengesanan biomolekul, DNA, virus, bakteria dan lain-lain.