Préparation de la Silicon Nanowire à effet de champ Transistor pour chimiques et les biocapteurs Applications

L’objectif global de ce protocole est de vérifier l’immobilisation de la biosonde et la biodétection ultérieure de l’ADN sur des transistors à effet de champ en nanofils de polysilicium. Cette méthode peut aider à répondre à des questions importantes dans le domaine de la détection bioélectrique, telles que l’immobilisation de la biosonde et la détection des acides nucléiques. Notre dispositif de biodétection est un transistor prometteur pour les applications de biodétection en temps réel, sans main-d’œuvre et également à haute sensibilité.

Les implications de ces biocapteurs s’étendent au diagnostic clinique des maladies infectieuses émergentes, car ils peuvent détecter facilement, sensiblement et avec précision la biocible spécifique. Bien que cette méthode puisse donner un aperçu de la détection des acides nucléiques, elle peut également être appliquée à la détection d’autres molécules, telles que les cytokines, les hormones, les protéines et les virus. En général, les personnes qui ne connaissent pas cette méthode auront du mal car elle nécessite une collaboration interdisciplinaire entre la biologie et les domaines du génie électrique.

La préparation du transistor à effet de champ en nanofils de silicium polycristallin est couverte par le protocole texte. L’appareil est formé d’une plaquette de six pouces. Les nanofils de silicium de l’appareil mesurent environ 100 nanomètres de large et 1,6 micron de long.

Pour prétraiter l’appareil, retirez-le d’abord de son stockage dans une armoire sèche électroniquement et ouvrez le sac sous vide scellé qui le contient. Nettoyez le biocapteur dans un sonicateur chargé d’acétone pure pendant 10 minutes. Ensuite, changez le bain en éthanol pur et répétez la sonication pendant encore cinq minutes.

Après ce deuxième bain, utilisez un jet d’azote gazeux pour sécher l’appareil. Ensuite, traitez l’appareil avec un plasma d’oxygène à 18 watts pendant 30 secondes. Prenez maintenant des mesures de conductance AC et mesurez les propriétés électriques du courant de drain sur l’appareil, comme expliqué dans la section suivante.

Ensuite, procédez à l’immobilisation de l’ADN sur la surface de l’appareil tout en prenant des mesures supplémentaires, à la fois de conductance AC et de courant de drain, après chaque modification. Tout d’abord, préparez-vous pour le profilage du pH. Faites du phosphate de sodium tribasique dodécahydraté de 10 millimolaires dans de l’eau désionisée, qui a un pH de 11,6.

Ensuite, préparez une solution d’acide phosphorique de 10 millimolaires dans de l’eau désionisée, dont le pH est de 2,35. Préparez maintenant sept solutions tampons de 10 millimolaires avec des valeurs de pH allant de trois à neuf en mélangeant les deux solutions mères. Une fois les solutions de test et le canal microfluidique préparés, mesurez la conductance en temps réel à l’aide d’une technique de verrouillage.

Placez deux sondes à aiguille sur chacun des tampons de source et de vidange. Convertissez le signal de courant alternatif en un signal de tension alternative à l’aide d’un préamplificateur de courant à faible bruit. Réglez ensuite la tension de grille de liquide optimale et procédez à l’administration de chaque solution tampon tout en mesurant la conductance à une tension de drain de 10 millivolts.

Ensuite, mesurez le courant de drain avec un tampon neutre. Versez un tampon de pH 7 sur l’appareil à partir d’une pompe à seringue à cinq millilitres par heure. Ensuite, à l’aide d’un logiciel d’analyse de semi-conducteurs commercial, mesurez le courant de drain en mode N MOSFET.

Réglez la tension de polarisation sur 0,5 volt et balayez le potentiel de grille de moins un à trois volts à des intervalles de 0,2 volt. Exécutez maintenant le test et obtenez les données. Commencez par immerger le biocapteur dans 2 % d’APTES dans de l’éthanol pendant 30 minutes pour lier de manière covalente la surface du nanofil.

Ensuite, lavez le biocapteur trois fois pendant 30 secondes avec de l’éthanol, puis nettoyez-le dans un sonicateur chargé d’éthanol. Maintenant, pour créer des groupes d’amines sur les nanofils de silicium, placez le biocapteur sur une surface à 120 degrés Celsius pendant 10 minutes. Après l’étape de chauffage, prenez des mesures sur l’appareil comme décrit dans la section précédente.

Ensuite, pour créer des groupes aldéhydes sur les nanofils de silicium, immergez l’appareil dans 12,5 % de glutaraldéhyde dans 10 millimolaires de phosphate de sodium pH 7 pendant une heure à température ambiante. Limitez toute exposition à la lumière pendant cette étape. Après le traitement au glutaraldéhyde, lavez l’appareil avec un tampon de phosphate de sodium de 10 millimolaires trois fois pendant 30 secondes par lavage.

Ensuite, faites sécher le biocapteur sous de l’azote gazeux pur et prenez des mesures pour confirmer la modification de la surface. L’étape suivante consiste à incuber le biocapteur dans une micromolaire de solution de sonde pendant la nuit pour ainsi appliquer la sonde d’ADN. Le lendemain, bloquez les groupes aldéhydes n’ayant pas réagi en immergeant le dispositif dans 10 millimolaires de Tris avec quatre millimolaires de cyanoborohydrure de sodium pendant une demi-heure.

Ensuite, lavez l’appareil avec un tampon de phosphate de sodium de 10 millimolaires à pH 7 trois fois, puis séchez l’appareil sous azote gazeux, comme précédemment. Ensuite, prenez une dernière série de mesures pour confirmer la modification de la surface avant de procéder à son utilisation comme biocapteur. Commencez par prendre une mesure de base.

Versez un tampon de phosphate de sodium au pH neutre dans l’appareil pendant 10 minutes. Au cours de cette procédure, le débit de la solution est toujours de cinq millilitres par heure. Attendez ensuite 30 minutes, faites couler à nouveau un tampon au pH neutre sur le biocapteur pendant 10 minutes et mesurez le courant de l’appareil.

Ensuite, chargez 10 picomoles d’ADN, complémentaires à la sonde, sur la surface du nanofil de silicium en faisant couler la solution sur le dispositif pendant 10 minutes. Ensuite, incubez le biocapteur pendant 30 minutes. En tant que contrôle négatif, appliquez 100 picomoles d’ADN non complémentaire à l’appareil.

Après l’incubation, appliquez un tampon au pH neutre sur le biocapteur pendant 10 minutes pour éliminer l’ADN cible non lié. Après cette étape, mesurez le courant de l’appareil comme précédemment. Ensuite, chargez une nanomolaire d’ADN de récupération sur la surface du nanofil de silicium immobilisé de la sonde d’ADN pendant 10 minutes.

Ensuite, incubez le biocapteur pendant 30 minutes, comme précédemment. Enfin, faites couler un tampon de pH neutre sur l’appareil pendant 10 minutes supplémentaires, puis reprenez les mesures de courant. Une sonde d’ADN a été immobilisée à la surface de l’oxyde de silicium et chaque étape de modification a été confirmée à l’aide de la spectroscopie de photoélectrons à rayons X.

Pour le pSNWFET non modifié contenant la couche d’oxyde native à la surface du SNW, les groupes hydroxyles ont été ionisés pour former des groupes chargés avec des valeurs de pH croissantes. La conductance variait probablement à différents pH. Le changement des propriétés électriques de l’appareil après différentes modifications confirme le changement de la surface du fil.

Dans de telles expériences, la courbe de tension de courant du dispositif non modifié a été utilisée comme référence. Après que l’appareil ait été immergé dans APTES, la courbe de tension de courant de l’appareil s’est déplacée vers la gauche en raison de la charge positive à la surface du fil. Après avoir conjugué le glutaraldéhyde au dispositif modifié par APTES, la courbe de tension du courant s’est déplacée vers la droite en raison de la formation d’une liaison MI chargée neutre.

Enfin, une sonde d’ADN modifié aux amines à cinq premiers objectifs a été introduite pour se lier au dispositif modifié par le glutaraldéhyde d’APTES. L’épine dorsale de l’ADN a provoqué le décalage de la courbe de tension actuelle vers l’extrême droite. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de confirmer l’immobilisation de la biosonde et l’application de détection de l’ADN sur des transistors à effet de champ en nanofils de polysilicium.

Une fois maîtrisée, cette technique de préparation à la détection des acides nucléiques peut se faire en une heure, si elle est effectuée correctement, ce qui peut être réalisé à l’avance. La biodétection finale prend moins de 10 minutes. Lors de cette procédure, il est important de ne pas oublier d’analyser les propriétés électriques de l’appareil à chaque étape de la modification de la biosonde.

Cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine des capteurs à semi-conducteurs à son application plus large de la biodétection. Suite à ces procédures, d’autres méthodes, telles que l’immobilisation de la sonde de biomarqueurs du cancer, peuvent être effectuées afin de répondre à des questions supplémentaires dans des domaines tels que le diagnostic clinique du cancer.