利用现有的色谱，分光光度法和电位计技术，实现实时，高分辨率，同时测量多种离子种类仍具有挑战性。电位离子传感器在分辨率和选择性上都表现出局限性。在此，我们开发了晶圆级石墨烯晶体管技术来克服这些限制。大面积石墨烯是制作高分辨率离子敏感场效应晶体管(ISFETs)的理想材料，与传统半导体相比，它可以更方便地制作。我们将ISFET开发成一个阵列，并应用Nikolskii–Eisenman分析法来解决交叉敏感性问题，从而实现高选择性。通过实验证明可以用分辨率为2*10^-3 log的浓度单位，实时同步测量K⁺，Na⁺，NH₄⁺，NO₃^-，SO₄^2-，HPO₄^2-和Cl^-的浓度。该阵列可达到±0.05 log浓度的精度。最后，我们演示了在一个有lemnoideae lemna的水族馆中进行三周的实时离子浓度测量，其中可以观察水生生物在其生长过程中对矿物质的吸收情况。
  
Fig. 1 石墨烯ISFET的制备。
 
 
Fig. 2 石墨烯ISFET传感机制。
 
 
Fig. 3 ISFET对其目标离子的敏感性。
 
 
Fig. 4 温度和pH对ISFET性能的影响。
 
 
Fig. 5 克服ISFET交叉敏感性。
 
 
Fig. 6 多离子电解溶液中离子浓度的实时和同步测量。
 
 
Fig. 7 测量水族馆中的离子浓度。
 
      相关研究成果于2020年由加拿大麦吉尔大学Thomas Szkopek课题组，发表在Nature Communications (https://doi.org/10.1038/s41467-020-16979-y)上。原文：Selective ion sensing with high resolution large area graphene field effect transistor arrays。

摘自《石墨烯杂志》公众号：