عنوان	طراحی ترانزیستورهای اثرمیدان وسیستم های الکتروشیمیایی مبتنی بر مشتقات گرافدین و به کارگیری آن ها در ساخت زیست حسگرها
نوع پژوهش	پایان نامه
کلیدواژه‌ها	گرافداین ، فسفر سیاه ، زیست حسگرهای ترانریستور اثر میدان ، بیوالکترونیک یکپارچه، آشکارسازهای نوری، سلول خورشیدی، پروسکایت، ،CNT/Mxene ،PEDOT: PSSلاکتات، ،DNAآنتیژن -CA19 ،9میکرو ،RNA-155نشانگر تومور ،CA15-3آنتیژن ،COVID-19لاکتات، نشانگرها، اسید اوریک، اسید آسکوربیک، گلوکز، هتروساختارها، مراقبت بهداشتی، پزشکی شخصیسازیشده، بیوسنسورهای خودتوان، دستگاههای مراقبت بهداشتی پوشیدنی
چکیده	بخش اول: با بهرهگیری از ویژگیهای برجستهی گرافدین برای انتقال بار (حفره) به عنوان یک کانال نوع Pدر دستگاه ،FETهدف این تحقیق طراحی زیستحسگرهای FETبه منظور تشخیص نشانگرهای گوناگون بود. پنج نوع متفاوت از بایوسنسورهای FETمبتنی بر GDYپیشنهاد شد که قابلیت تشخیص microRNA- ،CA19-9 ،DNA ،155نشانگرهای تومور CA15-3و آنتیژن کووید- 19را به عنوان آنالیتهای زیستی داشتند و از مکانیسمهایی همچون ایمونوسنسور نوع ساندویچی، آپتاسنسور و بایوسنسور مبتنی بر DNAبهره میبردند. نتایج بهدستآمده نشان دادند که ترکیب گرافدین با مولکولهای زیستی امکان ساخت زیستحسگرهای FETبا حساسیت بالا را فراهم میآورد. حد تشخیص ( )LODدستگاههای FETبرای تشخیص ،DNAآنتیژن ،microRNA-155 ،CA19-9آنتیژن -CA15 بودندfgml-10.003 وpUml-10.043 ،aM0.11 ،pUml-10.04 ،aM0.2 به ترتیب برابر باCOVID-19 و آنتیژن3 و محدودهی خطی زیستحسگرهای پیشنهادی بیش از 6مرتبه را پوشش میداد. زیستحسگرهای FETمبتنی بر GDYطراحیشده، توانمندی GDYرا در ایجاد بایوسنسورهای انعطافپذیر نشان دادند و همچنین اثبات کردند که این ماده به عنوان یک لایهی رسانای عالی بسیار قابل اعتماد است، بهگونهای که امکان طراحی انواع مختلف بایو/ایمونوسنسورها بدون تاثیر مخرب بر مولکولهای زیستی و با ارائهی سیگنالهای تقویتشده ناشی از تغییرات سطحی جزئی را فراهم میسازد. بخش دوم: هدف این پژوهش توسعهی یک آشکارساز نوری FETبسیار حساس بود. پیوندهای واندروالس گرافدین در ترکیب با فوتوسنتزایزرهای نوری صفر بعدی نظیر نقاط کوانتومی، گزینهای برجسته برای طراحی آشکارسازهای نوری جدید ارائه میکنند. در این پروژه، ما یک فتوترانزیستور ساده و بسیار حساس تولید کردیم که گرافدین بهعنوان لایهی حامل بار و نقاط کوانتومی گرافدین بهعنوان لایهی جاذب نوری آن عمل میکرد. حساسیت نوری هتروساختار پیشنهادی 4.45برابر بیشتر از گرافدین خالص بود. هتروساختار GDY/GQDنسبت جریان روشن/خاموش و تحرک حامل بار معادل ( 4^10 ˟ )0.03±1.5و ( cm²/Vs 2-^10 ˟ )0.06±3.3را نشان داد؛ درحالیکه برای گرافدین خالص این مقادیر به ترتیب برابر با ( 3^10 ˟ )0.011±0.131و ( cm²/Vs 2-^10 ˟ )0.085±1.77بود. زمان افزایش و کاهش برای GDY/GQDبه ترتیب τrise=90msو τdecay=20msتعیین شد، درحالیکه این مقادیر برای GDY برابر با τrise=200msو τdecay=250msبود. دستگاه هتروساختار پیشنهادی 2.22برابر سریعتر به تابش نور پاسخ داده و زمان کاهش آن 12.5برابر کوتاهتر بود. دادههای بهدستآمده کارایی طراحی ما را نشان میدهند و ظرفیت آن را برای ساخت فتوترانزیستورهای پیوندناهمگون بر اساس همین ماده با مزایایی چون سادگی، قابلیت فرآوری محلول، هزینهی پایین، و طراحی آسان سطح تأیید میکنند. مهمتر از همه، چنین دستگاههایی قابلیت استفاده در سیستمهای ارگانیک و دوستدار محیط زیست را دارند. بخش سوم: دراین کار، نتایج تحقیقات ما منجر به معرفی روشی نوآورانه برای گیتینگ نوری و طرحی حفاظتی جهت تنظیم دقیق سطح دوپینگ در آشکارسازهای نوری فسفر سیاه شد، که عملکرد و تطبیقپذیری آنها را به طور چشمگیری ارتقا داد. بررسی جامع ما، مکانیسم سویچینگ فتوترانزیستور هتروساختار BP-GDYرا از طریق تحلیلهای تجربی و نظری روشن کرد. به طور خاص، نشان داده شد که ویژگیهای دستگاه با تنظیم دقیق بایاس گیت و بایاس درین میتوانند از رفتار ذاتی نوع Pبه رفتار نوع Nتغییر یابند. استفاده از گرافدین به عنوان یک نیمهرسانای با باندگپ بزرگ در قالب هتروساختار همراه با فسفر سیاه به عنوان یک نیمهرسانای با باندگپ کوچک، زمینهای نوین برای آشکارسازی نوری در طیف گسترده فراهم آورد. این طراحی به حساسیت نوری A/W 1267.43در ناحیه UVو A/W 3041.82در ناحیه نزدیک به مادون قرمز دست یافت. ایجاد هتروساختارهای واندروالس، نظیر هتروساختار چندلایهی فسفر سیاه و گرافدین چندلایه ارائهشده در این پژوهش، نتایجی نویدبخش را به همراه داشت، از جمله رفتار آمبیپولار، تحرکهای بالای 1656.3و 804.271سانتیمتر مربع بر ولت-ثانیه، به ترتیب برای الکترون و حفره، نسبت روشن/خاموش جریان بزرگتر از 4^10 ˟ 1.19پس از تابش نور، و زمانهای پاسخ سریع 19میلیثانیه (افزایش) و 6میلیثانیه (کاهش). بخش چهارم: دراین کار، موفق به توسعه دستگاه SP-ZnONR FETخودتوان شدهایم که بدون وابستگی به شدت نور عمل کرده و امکان نظارت بر نشانگرها را در مناطق دورافتاده یا با منابع محدود فراهم میکند. با ترکیب سلولهای خورشیدی پروسکایت ( ،)PSCsبه یک ولتاژ خروجی پایدار دست یافتیم. علاوه بر این، دستگاه توسعهیافتهی ما از قابلیت اطمینان و حساسیت بینظیری برخوردار است و به تغییرات غلظت نشانگر CA15-3تحت شرایط نوری مختلف با دقت پاسخ میدهد. این فناوری نه تنها امکان نظارت برنشانگرها را فراهم میکند، بلکه ظرفیت بهبود نتایج بیماران را در طیف گستردهای از کاربردهای پزشکی نشان میدهد. در آینده، تمرکز بر مقیاسبندی این دستگاه و بررسی کاربردهای احتمالی آن در مراقبتهای بهداشتی، نظارت بر محیط زیست و سایر حوزههای مرتبط خواهد بود. بخش پنجم: این مطالعه یک رویکرد نوین برای حسگرهای پوشیدنی ارائه میدهد که شامل توسعه یک پیکربندی اینورتر انعطافپذیر متشکل از یک FETحسگر ( )SOECTو یک ترانزیستور آلی الکتروشیمیایی پلیمری ()POECT است، که هر دو از PEDOT: PSSبهعنوان ماده کانال استفاده میکنند. یکپارچهسازی این ترانزیستورها، محدودیتهای حسگرهای زیستی مبتنی بر FETسنتی را برطرف کرده و تقویت سیگنال، پایداری و مصرف توان کمتر را بهبود میبخشد. علاوه بر این، استفاده نوآورانه از نانوالیاف CNT/Mxeneبهعنوان گیت متخلخل، پاسخ الکتریکی و استحکام مکانیکی دستگاه را بیشتر افزایش میدهد. با استفاده از آنزیم لاکتات دهیدروژناز ( )LDHبهعنوان مدل آنزیمی، این بستر قابلیت تشخیص مطمئن لاکتات، انتخابپذیری در برابر مواد مداخلهکننده و پایداری در طولانیمدت را نشان داده و پتانسیل خود را برای پایش متابولیک در زمان واقعی ثابت میکند. با وجود چالشهایی نظیر پایداری آنزیمها و افزایش مقیاس تولید، این پژوهش پایهای را برای راهحلهای پیشرفته نظارت سلامت پوشیدنی فراهم کرده و دیدگاههای ارزشمندی در زمینه سلامت متابولیکی و کاربردهای مراقبتهای بهداشتی شخصیشده ارائه میدهد
پژوهشگران	عبدالله سلیمی (استاد راهنما)، رحمان حلاج (استاد راهنما)، ژاله غفاری (دانشجو)