Nanotechnology and nanoscience research, control, manipulate, and assemble nanometer-scale components into materials, systems, and devices that meet human interest and needs. The rapid progress of nanotechnology and advanced nanomaterial production offer significant opportunities for designing powerful sensing devices with enhanced performances. Such nanomaterials may exhibit different properties and functions from bulk or macroscopic versions. In addition, these nanostructures can be suitable materials that favor integration with biomaterials or biological systems. In this context, carbon-based materials are being used as new materials with enormous potential for bioanalytical and biosensing applications. Accordingly, the main aim of these studies is to establish a detection technique to detect target molecules using carbon-based nanomaterials.
Chapter 1 discusses synthesis methods that lead to successful production of functional carbon nanotubes (CNTs). Low pressure-chemical vapor deposition (LP-CVD), which facilitates the control of amorphous carbon to attract high spinnability, produced directly spinnable CNT rugs up to 600 mm or more.
Chapter 2 focuses on the production of biosensors based on functional carbon nanotubes. In this study, Botulinum neurotoxin (BoNT) was used to experimentally demonstrate the application of CNTs to biosensors. We used a field-effect transistor with a p-type channel and electrodes along with a channel comprising aligned CNT layers to detect the BoNT.
Finally, chapter 3 introduces sensing technology that utilizes graphene, which is one of the most prominent carbon nanomaterials. Paper-type devices utilizing multilayer graphene produced from pencil drawing capable of avoiding the rigid process of monolayer graphene and capable of manufacturing at low cost have been actively studied. Here, hydrogen detection was realized by applying palladium nanoparticles, which act as catalysts for hydrogen detection, to electronic circuits printed on paper using a metal mask and a pencil.
We hope that our work will contribute to the development of molecular detection technologies using a variety of carbon-based materials.
나노 기술과 첨단 나노 물질 생산의 급속한 발전은 향상된 성능으로 강력한 감지 장치를 설계 할 수 있는 중요한 기회를 제공한다. 나노 물질 제품은 향상된 성능으로 설계된 강력한 감지 장치에 대한 확실한 기회를 제공한다. 나노 기술과 첨단 나노 물질의 급속한 개발은 강력한 센서와 향상된 성능을 가져 왔다. 특히나 나노 물질은 벌크 또는 거시적 인 버전과는 다른 특성 및 기능을 나타낼 수 있고, 나노 구조는 생체 적합 물질 또는 생물학적 시스템과의 통합을 선호하는 적합한 물질 일 수 있다. 이러한 맥락에서, 탄소계 재료는 생물 분석 및 바이오 센싱 분야에서 엄청난 가능성을 가진 새로운 재료로 사용되고 있다. 따라서, 이들 연구의 주요 목표는 탄소 나노 튜브 및 그래핀과 같은 탄소 기반 나노 물질을 사용하여 표적 분자를 검출하는 검출 기술을 확립하는 것이다.
1 장에서는 기능성 탄소 나노 튜브의 성공적인 생산을 유도하는 합성 방법에 대해 논의한다. 비정질 탄소의 제어가 용이하여 높은 방사성을 유도하는 저압 화학 기상 증착법은 최대 600 mm 이상의 탄소나노튜브를 직접 방사 할 수 있었다. 2 장은 기능성 탄소 나노 튜브를 기반으로 하는 바이오 센서의 생산에 초점을 맞추고 있다. 본 연구에서는 보튤리늄 톡신를 사용하여 탄소나노튜브를 바이오 센서에 적용하는 방법을 실험적으로 입증했다. 우리는 보튤리늄 톡신을 검출하기 위해 정렬된 탄소나노튜브 층을 포함하는 채널과 함께 p 형 채널 및 전극을 갖는 전계 효과 트랜지스터를 사용했다.
마지막으로 3 장에서는 가장 눈에 띄는 탄소 나노 물질 중 하나인 그래핀을 이용한 센싱 기술에 대해 소개한다. 단층 그래핀의 까다로운 공정을 회피할 수 있고 저비용으로 제조 할 수 있는 연필 드로잉으로부터 제조된 다층 그래핀을 이용하는 종이형 센서가 활발히 연구되고 있다. 여기서는 수소 검출을 위한 촉매 역할을 하는 팔라듐 나노 입자를 금속 마스크와 연필을 사용하여 종이에 인쇄된 전자 회로에 적용하여 수소 검출을 실현했다. 이 글에 나타내어진 연구 내용이 다양한 탄소 기반 물질을 사용한 분자 검출 기술 개발에 기여할 수 있기를 희망한다.
