Name: הכנת טרנזיסטור הסיליקון Nanowire שדה ותוצאה עבור יישומים כימיים biosensing (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-21T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 25 s
Description: למד הכנת טרנזיסטור Nanowire סיליקון לזיהוי DNA ביוסנסורי בזמן אמת. שיטה זו מאפשרת אבחון קליני מדויק של מחלות זיהומיות באמצעות חיישנים בעלי רגישות גבוהה.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

מחקר זה נתמך כספית על ידי משרד המדע והטכנולוגיה, טייוואן (104-2514-S-009 -001, 104-2627-M-009-001 ו-102-2311-B-009-004-MY3). אנו מודים למעבדות הלאומיות למכשירי ננו (NDL) על הסיוע רב הערך שלה במהלך ייצור וניתוח המכשירים.

ייצור 1. שימור התקני pSNWFET <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייצור מכשיר הערה: pSNWFET היה מפוברק בטכניקה spacer דפנות כפי שדווח בעבר 23,24. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכינים את שכבת דיאלקטרי השער. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כיסוי או תחמוצת תרמית 100 ננומטר בעובי (SiO 2) שכב על מצע Si באמצעות 25 תהליך החמצון הרטוב (O 2 ו- H 2 גז התהליך ב 980 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפקיד ניטריד 50 ננומטר בעובי (Si 3 N 4) שכבת באמצעות שיקוע כימי בלחץ נמוך (LPCVD) 25 ב 980 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפקיד orthosilicate tetraethyl 100 ננומטר בעובי (TEOS) שכבה באמצעות 25 LPCVD ב 780 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע ליתוגרפיה רגיל באמצעות צעד שאני אונליין להגדיר מבני דמה תחמוצת. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעיל פני השטח רקיק עם שכבת photoresist 830 ננומטר בעובי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אניnsert photomask מוגדר דפוס לתוך הצעד שאני אונליין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לעבד את החשיפה באמצעות צעד אונליין לי (אורך גל: 365 ננומטר) בעוצמה של 1,980 J בטמפרטורת החדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פיתוח רקיק בתוך מפתח למשך 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע את תהליך תחריט איזוטרופיים באמצעות תקן אינדוקטיבי מצמידים חרט פלזמה 25 עם גז פלזמה HBr ו- Cl דקות 1. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפקיד סיליקון אמורפי 100 ננומטר בעובי השכבה (α-סי) באמצעות 25 LPCVD. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע צעד חישול ב 600 מעלות צלזיוס הסביבה N 2 למשך 24 שעות כדי להפוך את α-Si לתוך מבנה גבישי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוני זרחן שתל דרך המקור / ניקוז (S / D) סימום ב אנרגיה נמוכה (5E 15 סנטימטרים -2) 25. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע ליתוגרפיה רגיל באמצעות צעד אונליין לי להסיר את שכבת פולי-סי ויוצרים את nanowire פוליסיליקון (pSNW) 25. הערה: חזור על שלב 1.1.3 להשתיל DOPנמלים במקומות אחרים מאשר אזורי S / D עם הסרת פולי-סי ויוצר את ערוצי הדפנות Si באופן עצמי מזדהה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע את תהליך פסיבציה (200 ננומטר בעובי שכבת תחמוצת TEOS) באמצעות LPCVD ב 780 מעלות צלזיוס למשך 5 שעות 25. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע ליתוגרפיה רגיל באמצעות צעד אונליין לי לחשוף את ערוצי nanowire, והרפידות מבחן הטופס באמצעות תהליך תחריט שני שלבים יבש / רטוב. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 1.1.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע את תהליך התחריט הרטוב (DHF: HF / H 2 O דקות 1). </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימור ופל <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותם את הרקיק בשקית אחסון ואקום ולאחסן אותו בארון יבש אלקטרוני (לחות יחסית &lt;40% בטמפרטורת חדר). </li></ol></li></ol> Pretreatment 2. של ההתקן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניקוי התקן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את המכשיר עם אצטון טהור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Sonicate (46 kHz, 80 W) מכשיר אצטון טהור למשך 10 דקות. </li> &lt;li&gt; Sonicate (46 kHz, 80 W) המכשיר אתנול טהור (99.5%) במשך 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לייבש את פני השטח של המכשיר עם חנקן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פלזמה חמצן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פנקו את המכשיר עם פלזמה O 2 ב 18 וואט במשך 30 שניות. </li></ol></li></ol> קיבוע 3. של החללית DNA על פני השטח את המכשיר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שינוי קבוצה אמינית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את המכשיר פתרון 2.0% (3-aminopropyl) triethoxysilane (APTES) / אתנול למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שטפו את המכשיר עם אתנול שלוש פעמים, ולאחר מכן sonicate (46 kHz, 80 W) המכשיר באתנול במשך 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחמם את המכשיר על פלטה חשמלית ב 120 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות כדי ליצור קבוצות האמינו על SNWs. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שינוי קבוצת אלדהיד <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את המכשיר glutaraldehyde 12.5% ​​במשך שעה 1 בטמפרטורת החדר כדי ליצור קבוצות אלדהיד על פני השטח. המנעו מחשיפה לאור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שטוף את השנינות המכשירהh 10 מ&quot;מ חיץ פוספט נתרן (Na-PB; pH 7.0) שלוש פעמים, ולאחר מכן לייבש את פני השטח של המכשיר עם חנקן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קיבוע בדיקת DNA <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את המכשיר בתמיסה המכילה 1 בדיקות מיקרומטר DNA הלילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את המכשיר 10 מ&quot;מ טריס חיץ (pH 8.0) עם 4.0 מ&quot;מ NaBH 3 CN למשך 30 דקות כדי לחסום את קבוצות אלדהיד unreacted. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שטפו את המכשיר עם Na-PB (pH 7.0) שלוש פעמים, ולאחר מכן לייבש את פני השטח של המכשיר עם חנקן. </li></ol></li></ol> 4. אישור וניתוח של שינוי פני השטח על pSNWFET <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פרופיל pH הבא כל צעד של שינוי פני שטח <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 10 מ&quot;מ Na-PB ב pH 3.0-9.0. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 10 פוספט נתרן מ&quot;מ תלת-בסיסי dodecahydrate (Na 3 PO 4) במים deionized (pH 11.60). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 10 מ&quot;מ חומצה זרחתית (H 3 PO 4) במים deionized(PH 2.35). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את אלקטרודת pH לתוך 500 מ&quot;ל של 10 מ&quot;מ Na 3 PO 4 חיץ, ומערבבים את הפתרון הזה עם כמויות שונות של 10 מ&quot;מ H 3 PO 4 חיץ תוך מדידת ערך ה- pH להשיג מאגרים עם ערכי ה- pH של 3.0, 4.0, 5.0, 6.0 , 7.0, 8.0, ו- 9.0. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידת מוליכות AC הערה: מעגל המדידה כלל מחולל אותות AC קטן ו microwire Au ששמש האלקטרודה השער הנוזלי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קבע את מתח השער הנוזלי האופטימלי (V LG) למדידה 26 בכל שלב שינוי (שלבי 2.2, 3.1, 3.2 ו -3.3). הערה: התכונות החשמליות של המכשיר לאחר שינויים משטח ארבע על SNW נמדדו כמתואר בסעיף זה. בשלב 2.2, pSNWFET ללא שינוי המכיל את שכבת תחמוצת הילידים הוא שונה; צעד 3.1 כרוכה פתיחה של המכשיר עם קבוצה אמינית של APTES; בשלב 3.2 כרוך שינוי עם unchargedקבוצה פונקציונלית של glutaraldehyde; צעד 3.3 כרוך שינוי בדיקת DNA. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק את 10 מ&quot;מ Na-PB (pH 7.0) פתרון על פני השטח SNW באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה) למגע ישיר עם SNW. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את המוליכות בזמן אמת של המכשיר בזמן גורף V LG 0.80-1.30 V. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע מדידת המוליכות באמצעות טכניקת הנעילה ב 27 בטמפרטורת חדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המרת האותות הנוכחיים AC לאות מתח AC באמצעות מגבר קדם נוכחי רעש נמוך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> איסוף נתונים על המוליכות (G) על הגדלת V LG 0.80-1.30 V (מרווח = 0.02 V). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קבע את LG V האופטימלי (LG V הרגיש ביותר) של המכשיר 26. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מגרש את הקימורים GV LG מן 4.1.2.1.2.3 צעד כדי להשיג את המשוואה של העקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Differentiate המשוואה, ולחשב את הערכים בכל אחד נקודת V LG. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחלק את הערך מ 4.1.2.1.3.2 צעד אחר G, ולקבוע את LG V האופטימלי בהתאם למספר המרבי. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את המוליכות בזמן אמת של הפרופיל pH בכל שלב של שינוי פני השטח. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע מדידת המוליכות באמצעות טכניקת הנעילה ב 27 בטמפרטורת חדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המרת אות AC הנוכחית לאותות מתח AC באמצעות מגבר קדם נוכחי רעש נמוך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את LG V האופטימלי עבור כל שלב של שינוי פני שטח (שלב 2.2: V LG = 1.02, צעד 3.1: V LG = 0.98, צעד 3.2: V LG = 0.98, צעד 3.3: V LG = 1.0). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק את הפתרון 10 מ&quot;מ Na-PB עם ערכים מה PH 3.0 ל 9.0 אל פני השטח SNW (קצב הזרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה), לאסוף את הנתונים על מוליכות במתח ניקוז של 0.01 V. </li></ol></li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידת התכונות החשמליות (עקום BG לי D -V) של המכשיר ב -10 מ&quot;מ Na-PB (pH 7.0) לאחר כל שלב של שינוי פני השטח (שלבים 2.2, 3.1, 3.2 ו -3.3.) הערה: התכונות החשמליות של המכשיר לאחר ארבעה שינויים משטח על SNW נמדדו: בשלב 2.2, pSNWFET ללא שינוי המכיל את שכבת תחמוצת הילידים הוא שונה; שלב 3.1 כרוך פתיחה של המכשיר עם קבוצה אמינית של APTES; בשלב 3.2 כרוך שינוי עם הקבוצה הפונקציונלית uncharged של glutaraldehyde; צעד 3.3 כרוך שינוי בדיקת DNA. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק את הפתרון 10 מ&quot;מ Na-PB (pH 7.0) אל פני השטח SNW (צעדים 2.2, 3.1, 3.2, ו -3.3) באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה) למגע ישיר עם SNW. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את ואני D </em&gt; של המכשיר (שלבי 2.2, 3.1, 3.2, ו -3.3) באמצעות מנתח מוליכים למחצה מסחרי ותוכנה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר במצב &quot;nMOSFET&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר &quot;אני ד - V BG&quot; מודולים. הערה: אני D הוא הנוכחי ניקוז / מקור, ו- V BG הוא מתח השער האחורי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת מתח הטיה קבועה (V D = 0.5 V) ואילו גורף את השער פוטנציאל (V BG) מ -1 עד 3.0 V (מרווח = 0.2 V). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על סמל ההפעלה כדי להשיג לי D - עקומות BG V. </li></ol></li></ol></li></ol> 5. DNA biosensing הערה: בניסוי טיפוסי, האני D - עקומת V B G נקבעת שלוש פעמים כדי לוודא ששום וריאציה נוספת היא observed. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קביעת קו הבסיס <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק את הפתרון 10 מ&quot;מ Na-PB (pH 7.0) אל פני השטח SNW DNA-משותקת החללית במשך 10 דקות באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה), ולאחר מכן דגירה SNW למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את לי ד &#39;של המכשיר (חזור על שלב 4.2.2). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חישה של DNA / כלת DNA <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> DNA טען 10 pm היעד משלימים על גבי משטח SNW DNA-משותקת החללית במשך 10 דקות באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה), ולאחר מכן דגירה SNW למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק את הפתרון מ&quot;מ Na-PB 10 (pH 7.0) על גבי משטח SNW במשך 10 דקות באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה) כדי לשטוף את ה- DNA היעד מאוגד משם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 4.2.2 למדידה לי ד &#39;של המכשיר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק שוב את האות של כלת DNA / DNA. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> DNA התאוששות טען 1 ננומטר על tהוא DNA בדיקה-משותקת משטח SNW במשך 10 דקות באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה), ולאחר מכן דגירה SNW למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק את הפתרון מ&quot;מ Na-PB 10 (pH 7.0) על גבי משטח SNW במשך 10 דקות באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 4.2.2 למדידה לי ד &#39;של המכשיר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בקרה שלילית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען 100 PM DNA שאינם משלימים על גבי משטח SNW DNA-משותקת החללית במשך 10 דקות באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה), ולאחר מכן דגירה SNW למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק את הפתרון מ&quot;מ Na-PB 10 (pH 7.0) על גבי משטח SNW במשך 10 דקות באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 4.2.2 למדידה לי ד &#39;של המכשיר. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Lin, C. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+composition+and+interactions+of+mobile+charges+with+immobilized+molecules+on+polycrystalline+silicon+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Sensor+Actuat+B-Chem+211%22%5BJournal%5D)">Surface composition and interactions of mobile charges with immobilized molecules on polycrystalline silicon nanowires.</a> Sensor Actuat B-Chem 211. 211, 7-16 (2015).</li>
<li>Patolsky, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+detection+of+single+viruses%5BTitle%5D)+AND+%22P+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">Electrical detection of single viruses.</a> P Natl Acad Sci USA. 101, 14017-14022 (2004).</li>
<li>Wang, W. U., Chen, C., Lin, K. H., Fang, Y., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Label-free+detection+of+small-molecule-protein+interactions+by+using+nanowire+nanosensors%5BTitle%5D)+AND+%22P+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">Label-free detection of small-molecule-protein interactions by using nanowire nanosensors.</a> P Natl Acad Sci USA. 102, 3208-3212 (2005).</li>
<li>Patolsky, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection%2C+stimulation%2C+and+inhibition+of+neuronal+signals+with+high-density+nanowire+transistor+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Detection, stimulation, and inhibition of neuronal signals with high-density nanowire transistor arrays.</a> Science. 313, 1100-1104 (2006).</li>
<li>Bi, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+electrochemical+calcium+sensors+by+using+silicon+nanowires+modified+with+phosphotyrosine%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Development of electrochemical calcium sensors by using silicon nanowires modified with phosphotyrosine.</a> Biosens Bioelectron. 23, 1442-1448 (2008).</li>
<li>Lin, T. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Label-free+detection+of+protein-protein+interactions+using+a+calmodulin-modified+nanowire+transistor%5BTitle%5D)+AND+%22P+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">Label-free detection of protein-protein interactions using a calmodulin-modified nanowire transistor.</a> P Natl Acad Sci USA. 107, 1047-1052 (2010).</li>
<li>Mishra, N. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultra-sensitive+detection+of+bacterial+toxin+with+silicon+nanowire+transistor%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Ultra-sensitive detection of bacterial toxin with silicon nanowire transistor.</a> Lab on a chip. 8, 868-871 (2008).</li>
<li>Lin, C. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasensitive+detection+of+dopamine+using+a+polysilicon+nanowire+field-effect+transistor%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Commun%22%5BJournal%5D)">Ultrasensitive detection of dopamine using a polysilicon nanowire field-effect transistor.</a> Chem Commun. , 5749-5751 (2008).</li>
<li>Hahm, J., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+ultrasensitive+electrical+detection+of+DNA+and+DNA+sequence+variations+using+nanowire+nanosensors%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Direct ultrasensitive electrical detection of DNA and DNA sequence variations using nanowire nanosensors.</a> Nano Lett. 4, 51-54 (2004).</li>
<li>Lin, C. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Poly-silicon+nanowire+field-effect+transistor+for+ultrasensitive+and+label-free+detection+of+pathogenic+avian+influenza+DNA%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Poly-silicon nanowire field-effect transistor for ultrasensitive and label-free detection of pathogenic avian influenza DNA.</a> Biosens Bioelectron. 24, 3019-3024 (2009).</li>
<li>Wu, C. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Label-free+biosensing+of+a+gene+mutation+using+a+silicon+nanowire+field-effect+transistor%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Label-free biosensing of a gene mutation using a silicon nanowire field-effect transistor.</a> Biosens Bioelectron. 25, 820-825 (2009).</li>
<li>Zhang, G. -J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silicon+nanowire+biosensor+for+highly+sensitive+and+rapid+detection+of+Dengue+virus%5BTitle%5D)+AND+%22Sensor+Actuat+B-Chem%22%5BJournal%5D)">Silicon nanowire biosensor for highly sensitive and rapid detection of Dengue virus.</a> Sensor Actuat B-Chem. 146, 138-144 (2010).</li>
<li>Lu, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CMOS-compatible+silicon+nanowire+field-effect+transistors+for+ultrasensitive+and+label-free+microRNAs+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">CMOS-compatible silicon nanowire field-effect transistors for ultrasensitive and label-free microRNAs sensing.</a> Small. 10, 2022-2028 (2014).</li>
<li>Zheng, G., Patolsky, F., Cui, Y., Wang, W. U., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiplexed+electrical+detection+of+cancer+markers+with+nanowire+sensor+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Multiplexed electrical detection of cancer markers with nanowire sensor arrays.</a> Nat Biotechnol. 23, 1294-1301 (2005).</li>
<li>Choi, J. H., Kim, H., Choi, J. H., Choi, J. W., Oh, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Signal+enhancement+of+silicon+nanowire-based+biosensor+for+detection+of+matrix+metalloproteinase-2+using+DNA-Au+nanoparticle+complexes%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mater+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Signal enhancement of silicon nanowire-based biosensor for detection of matrix metalloproteinase-2 using DNA-Au nanoparticle complexes.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 5, 12023-12028 (2013).</li>
<li>Lin, T. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+silicon+nanowire+field-effect+transistors+for+fast+protein-protein+interaction+screening%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Improved silicon nanowire field-effect transistors for fast protein-protein interaction screening.</a> Lab Chip. 13, 676-684 (2013).</li>
<li>Chen, H. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+sensitive+and+selective+magnetic+graphene+composite-modified+polycrystalline-silicon+nanowire+field-effect+transistor+for+bladder+cancer+diagnosis%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">A sensitive and selective magnetic graphene composite-modified polycrystalline-silicon nanowire field-effect transistor for bladder cancer diagnosis.</a> Biosens Bioelectron. 66, 198-207 (2015).</li>
<li>Lee, H. S., Kim, K. S., Kim, C. J., Hahn, S. K., Jo, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+detection+of+VEGFs+for+cancer+diagnoses+using+anti-vascular+endotherial+growth+factor+aptamer-modified+Si+nanowire+FETs%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Electrical detection of VEGFs for cancer diagnoses using anti-vascular endotherial growth factor aptamer-modified Si nanowire FETs.</a> Biosens Bioelectron. 24, 1801-1805 (2009).</li>
<li>Chua, J. H., Chee, R. E., Agarwal, A., Wong, S. M., Zhang, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Label-free+electrical+detection+of+cardiac+biomarker+with+complementary+metal-oxide+semiconductor-compatible+silicon+nanowire+sensor+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Label-free electrical detection of cardiac biomarker with complementary metal-oxide semiconductor-compatible silicon nanowire sensor arrays.</a> Anal Chem. 81, 6266-6271 (2009).</li>
<li>Lu, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Label-free+and+rapid+electrical+detection+of+hTSH+with+CMOS-compatible+silicon+nanowire+transistor+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mater+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Label-free and rapid electrical detection of hTSH with CMOS-compatible silicon nanowire transistor arrays.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 6, 20378-20384 (2014).</li>
<li>Chen, H. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic-composite-modified+polycrystalline+silicon+nanowire+field-effect+transistor+for+vascular+endothelial+growth+factor+detection+and+cancer+diagnosis%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Magnetic-composite-modified polycrystalline silicon nanowire field-effect transistor for vascular endothelial growth factor detection and cancer diagnosis.</a> Anal Chem. 86, 9443-9450 (2014).</li>
<li>Zhang, Y. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silicon+Nanowire+Biosensor+for+Highly+Sensitive+and+Multiplexed+Detection+of+Oral+Squamous+Cell+Carcinoma+Biomarkers+in+Saliva%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Sci%22%5BJournal%5D)">Silicon Nanowire Biosensor for Highly Sensitive and Multiplexed Detection of Oral Squamous Cell Carcinoma Biomarkers in Saliva.</a> Anal Sci. 31, 73-78 (2015).</li>
<li>Lin, H. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+and+low-cost+method+to+fabricate+TFTs+with+poly-Si+nanowire+channel%5BTitle%5D)+AND+%22Ieee+Electr+Device+L%22%5BJournal%5D)">A simple and low-cost method to fabricate TFTs with poly-Si nanowire channel.</a> Ieee Electr Device L. 26, 643-645 (2005).</li>
<li>Lin, H. C., Lee, M. H., Su, C. J., Shen, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+characterization+of+nanowire+transistors+with+solid-phase+crystallized+poly-Si+channels%5BTitle%5D)+AND+%22Ieee+T+Electron+Dev%22%5BJournal%5D)">Fabrication and characterization of nanowire transistors with solid-phase crystallized poly-Si channels.</a> Ieee T Electron Dev. 53, 2471-2477 (2006).</li>
<li>Doering, R., Nishi, Y. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDoering%2C+R+%22Handbook+of+semiconductor+manufacturing+technology%22">Handbook of semiconductor manufacturing technology</a>. , 2nd, CRC Press. (2008).</li>
<li>Lu, M. P., Hsiao, C. Y., Lai, W. T., Yang, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+the+sensitivity+of+nanowire-based+biosensors+using+liquid-gating%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Probing the sensitivity of nanowire-based biosensors using liquid-gating.</a> Nanotechnology. 21 (425505), (2010).</li>
<li>Gaspar, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+lock+in+amplifier%3A+study%2C+design+and+development+with+a+digital+signal+processor%5BTitle%5D)+AND+%22Microprocess+Microsy%22%5BJournal%5D)">Digital lock in amplifier: study, design and development with a digital signal processor.</a> Microprocess Microsy. 28, 157-162 (2004).</li>
<li>Vezenov, D. V., Noy, A., Rozsnyai, L. F., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Force+titrations+and+ionization+state+sensitive+imaging+of+functional+groups+in+aqueous+solutions+by+chemical+force+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Force titrations and ionization state sensitive imaging of functional groups in aqueous solutions by chemical force microscopy.</a> J Am Chem Soc. 119, 2006-2015 (1997).</li>
<li>Townsend, M. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+evaluation+of+the+FluChip+diagnostic+microarray+for+influenza+virus+surveillance%5BTitle%5D)+AND+%22J+Clin+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Experimental evaluation of the FluChip diagnostic microarray for influenza virus surveillance.</a> J Clin Microbiol. 44, 2863-2871 (2006).</li>
<li>Wang, L. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+detection+and+differentiation+of+Newcastle+disease+and+avian+influenza+viruses+using+oligonucleotide+microarrays%5BTitle%5D)+AND+%22Vet+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Simultaneous detection and differentiation of Newcastle disease and avian influenza viruses using oligonucleotide microarrays.</a> Vet Microbiol. 127, 217-226 (2008).</li>
<li>Lin, C. -H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recovery+Based+Nanowire+Field-Effect+Transistor+Detection+of+Pathogenic+Avian+Influenza+DNA%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn+J+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Recovery Based Nanowire Field-Effect Transistor Detection of Pathogenic Avian Influenza DNA.</a> Jpn J Appl Phys. 51 (02BL02), (2012).</li>
<li>Lee, K. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Well+controlled+assembly+of+silicon+nanowires+by+nanowire+transfer+method%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Well controlled assembly of silicon nanowires by nanowire transfer method.</a> Nanotechnology. 18 (445302), (2007).</li>
<li>Li, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequence-specific+label-free+DNA+sensors+based+on+silicon+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Sequence-specific label-free DNA sensors based on silicon nanowires.</a> Nano Lett. 4, 245-247 (2004).</li>
<li>McAlpine, M. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-performance+nanowire+electronics+and+photonics+on+glass+and+plastic+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">High-performance nanowire electronics and photonics on glass and plastic substrates.</a> Nano Lett. 3, 1531-1535 (2003).</li>
<li>Cui, Y., Wei, Q., Park, H., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanowire+nanosensors+for+highly+sensitive+and+selective+detection+of+biological+and+chemical+species%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Nanowire nanosensors for highly sensitive and selective detection of biological and chemical species.</a> Science. 293, 1289-1292 (2001).</li>
<li>Patolsky, F., Zheng, G., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanowire-based+biosensors%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Nanowire-based biosensors.</a> Anal Chem. 78, 4260-4269 (2006).</li>
<li>Hsiao, C. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+poly-silicon+nanowire+field+effect+transistor+for+biosensing+application%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Novel poly-silicon nanowire field effect transistor for biosensing application.</a> Biosens Bioelectron. 24, 1223-1229 (2009).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

מסחור מלמעלה למטה ייצור מלמטה למעלה גישות sSNWFETs נחשב קשה בגלל עלותו 32,33, שליטה על מיקום SNW 34,35, והייצור שלה נמוך בקנה מידה 36. לעומת זאת, בודת pSNWFETs היא עלות פשוט נמוכה 37. דרך הגישה מלמעלה למטה ואת בשילוב עם טכניקת היווצרות spacer הדפנות (איור 1), את הגודל SNW יכול להיות נשלט על ידי התאמת משך תחריט פלזמה תגובתי. הנהלים להכנת ננו-חוטים של pSNWFET מאויר באיור 1 א ניתן להתאים בקלות למתקני מוליכי...

אפקט שדה, טרנזיסטורים nanowire הסיליקון (SNWFETs) יש את היתרונות של רגישות גבוהה במיוחד ותגובות חשמליות ישירות וריאצית תשלום סביבה. בשנת SNWFETs מסוג n למשל, כאשר מולקולה טעונה שלילי (או חיובי) מתקרבת nanowire סיליקון (SNW), נושא את SNW מתרוקנים (או לצבור). כתוצאה מכך, המוליכות של SNWFET יורדות (או עליות) 1. לכן, כל מולקולה טעונה קרוב לפני השטח SNW של המכשיר SNWFET ניתן לאתר. ביומולקולות ויטל כוללים אנזימים, חלבונים, נוקלאוטידים, ומולקולות רבות על פני התא הם נושאי מטען וניתן לנטר באמצעות SNWFETs. עם שינויים מתאימים, במיוחד משתק בדיקה וביומולקולרית על SNW, SNWFET ניתן התפתח biosensor ללא תווית. מעקב באמצעות סמנים ביולוגיים הוא קריטי לאבחון מחלות. כפי שניתן לראות בטבלה 1, מספר מחקרים השתמשו NWFET מבוסס חיישנים ביולוגיים עבור ללא תווית, אולטרה-רגישות גבוהה, וזיהוי בזמן האמת של מטרות ביולוגיות שונות, לרבות יחיד וירוס 2, אדנוזין אדנוזין ו קינאז מחייב 3, אותות עצביים 4, יוני מתכת 5,6, רעלנים חיידקיים 7, דופמין 8, DNA 9-11, RNA 12,13, האנזים סמנים לסרטן 14-19, הורמונים אדם 20, וציטוקינים 21,22. מחקרים אלו הוכיחו כי biosensors המבוסס NWFET מייצג פלטפורמת זיהוי חזקה עבור מגוון רחב של מינים ביולוגיים וכימיים בתמיסה. בשנת biosensors המבוסס SNWFET, החללית משותקת על פני שטח SNW של המכשיר מזהה biotarget ספציפי. משתקות bioprobe בדרך כלל שורה של צעדים, וזה קריטי, כי כל צעד מתבצע כראוי, כדי להבטיח את התפקוד התקין של biosensor. טכניקות שונות פותחו לניתוח sהרכב urface, כולל ספקטרוסקופיה photoelectron רנטגן (XPS), ellipsometry, מדידת זווית המגע, מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM), וכן במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM). שיטות כגון AFM ו SEM לספק עדות ישירה של חוסר תנועת bioprobe במכשיר nanowire, ואילו שיטות כגון XPS, ellipsometry, ומדידת זווית מגע תלויות ניסויים מקבילים שבוצעו על חומרים דומים אחרים. בדו&quot;ח זה, אנו מתארים את אישור כל שלב שינוי באמצעות שתי שיטות עצמאיות. XPS משמש כדי לבחון את הריכוזים של אטומים ספציפיים על פרוסות פוליסיליקון, ופערי התכונות החשמליות של המכשיר נמדדים ישירות כדי לאשר את וריאצית תשלום על פני שטח SNW. אנו מעסיקים biosensing DNA באמצעות SNWFETs גבישי (pSNWFETs) כדוגמה כדי להמחיש בפרוטוקול זה. משתקות בדיקת DNA על פני שטח SNW כרוך בשלושה שלבים: שינוי קבוצה אמינית על פני שטח הידרוקסיל יליד SNW, אלשינוי בקבוצה dehyde, וקיבוע בדיקת DNA 5&#39;-aminomodified. בכל שלב שינוי, המכשיר יכול לזהות הווריאציה ישירות תחת השגחתו של הקבוצה הפונקציונלית משותק על פני שטח SNW, כי האשמות המשטח לגרום מקומיים שינויים פוטנציאליים interfacial מעל השער דיאלקטרי המשנים את הנוכחי ערוץ מוליכות 1. חיובים סביב משטח SNW יכול חשמלי לווסת את התכונות החשמליות של מכשיר pSNWFET; אם כן, מאפייני השטח של SNW לשחק תפקיד מכריע בקביעת המאפיינים החשמליים של מכשירי pSNWFET. בנהלים שדווחו, חוסר התנועה של bioprobe על פני שטח SNW ניתן לקבוע ישירות ואשר באמצעות מדידה חשמלית, וההתקן מוכן יישומי biosensing.

<table><tbody><tr><td>אצטון</td><td>ECHO</td><td>AH-3102</td><td></td></tr> <tr><td>(3-אמונופרופיל) טריאתוקסיסילן (APTES), &ge; 98%</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>A3648</td><td>סכנה</td></tr><tr><td>אתנול, נטול מים, 99.5%</td> <td>ECHO</td><td>484000203108A-72EC</td><td></td></tr><tr><td>תמיסת גלוטרלדהיד (GA), 50%</td> <td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>G7651</td><td>הימנע מנתרן</td></tr><tr><td>ציאנובורוהידריד קל, &ge; 95.0%&nbsp;</td><td>Fluka</td><td>71435</td><td>נתרן פוספט סכנה ומדבק</td></tr><tr><td>tribasic dodecahydrate, &ge; 98%</td><td>Sigma</td><td>04277</td><td></td></tr><tr><td>חומצה זרחתית, &ge; 99.0%</td> <td>Fluka</td><td>79622</td><td></td></tr><tr><td>עמידות לאור (iP3650)</td><td>Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd</td><td>THMR-iP3650 HP</td><td></td></tr><tr><td>אוליגונוקלאוטידים סינתטיים, HPLC מטוהר</td><td>Protech Technology</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tris(hydroxymethyl)aminomethane (Tris), &ge; 99.8%</td> <td>USB</td><td>75825</td><td></td></tr><tr><td>Keithley 2636 מד מקור מערכת</td><td>Keithley</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SR830 DSP מגבר נעילה</td><td>סטנפורד מערכות</td><td></td><td></td>מחקר</tr><tr><td>SR570 מגבר זרם רעש נמוך</td><td>סטנפורד מערכות</td><td></td><td></td>מחקר</tr><tr><td>Ni PXI Express</td><td>מכשירים לאומיים</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

הכנת טרנזיסטור הסיליקון nanowire שדה ותוצאה עבור יישומים כימיים biosensing

Preparation of Silicon Nanowire Field-effect Transistor for Chemical and Biosensing Applications

מעקב באמצעות סמנים ביולוגיים הוא קריטי לגילוי מוקדם, התערבות מהירה והפחתת שכיחות המחלות. במחקר זה, אנו מתארים את ההכנה של טרנזיסטורי אפקט שדה ננו-חוטי סיליקון פולי-גבישי (pSNWFETs) המשמשים כהתקני חישה ביולוגית לזיהוי סמנים ביולוגיים. מוצג פרוטוקול לחישה כימית וביו-מולקולרית באמצעות pSNWFETs. התקן ה-pSNWFET הוכח כמתמר מבטיח עבור יישומי חישה ביולוגית בזמן-אמת, נטולי תוויות ורגישות אולטרה-גבוהה. מוליכות תעלת המקור/ניקוז של pSNWFET רגישה לשינויים בסביבה סביב פני השטח של ננו-חוטי סיליקון (SNW) שלו. לפיכך, על ידי קיבוע בדיקות על פני ה- SNW, ניתן להשתמש ב- pSNWFET לאיתור מטרות ביולוגיות שונות החל ממולקולות קטנות (דופמין) ועד מקרומולקולות (DNA וחלבונים). קיבוע בדיקה ביולוגית על משטח ה-SNW, שהוא הליך רב-שלבי, חיוני לקביעת הספציפיות של החיישן הביולוגי. חיוני שכל שלב בהליך הקיבוע יבוצע כהלכה. אימתנו שינויים במשטח על ידי התבוננות ישירה בשינוי בתכונות החשמליות של ה-pSNWFET לאחר כל שלב שינוי. בנוסף, נעשה שימוש בספקטרוסקופיה פוטו-אלקטרונית של קרני רנטגן כדי לבחון את הרכב פני השטח לאחר כל שינוי. לבסוף, הדגמנו חישת DNA על ה-pSNWFET. פרוטוקול זה מספק נהלים שלב אחר שלב לאימות אימוביליזציה של ביו-בדיקה ויישום ביו-חישה של DNA לאחר מכן.

SNWFETs השונה דווח לשמש מתמרים של חיישנים ביולוגיים (טבלה 1). SNWFETs חד גבישים (sSNWFETs) ו pSNWFETs להציג מאפיינים חשמליים דומים כמו מתמר בתמיסות מימיות, ושניהם דווחו להיות יישומי biosensing רבים. תכונת יתרון של מכשיר pSNWFET השתמש במחקר זה היא המצאה הפשוט בעלות הנמוכה שלה הליך. איור 1 א מציג את שלבי מפתח המעורבים בודים את pSNWFET. תמונה אופטי של קובייה מן רקיק 6 אינץ &#39;(איור 1b) ותמונות SEM <...

אנו מתארים שלבים מרכזיים לחישה ביולוגית על ידי שימוש בטרנזיסטורי אפקט שדה של ננו-חוטי פוליסיליקון, כולל הכנת המכשיר וקיבוע ואישור של בדיקה מולקולרית של DNA על פני הננו-חוטים, כמו גם תנאים לחישת DNA.

הכנת טרנזיסטור הסיליקון Nanowire שדה ותוצאה עבור יישומים כימיים biosensing

Surveillance using biomarkers is critical for the early detection, rapid intervention, and reduction in the incidence of diseases. In this study, we ...

המטרה הכללית של פרוטוקול זה היא לאמת את קיבוע הביו-גשש (bioprobe) ואת החשיפה העוקבת ל-DNA על גבי טרנזיסטורי השראה חשמלית (field-effect transistors) מננו-חוטי פוליסיליקון. שיטה זו יכולה לסייע במענה על שאלות חשובות בתחום החשיפה הביו-חשמלית, כגון קיבוע ביו-גששים וגילוי חומצות גרעין. התקן לחשיפה ביולוגית שפיתחנו הוא טרנזיסטור מבטיח ליישומי ביו-סנסינג בזמן אמת, ללא צורך בעבודה ידנית ומבעלות רגישות גבוהה.ההשלכות של חיישנים ביולוגיים אלו הן רחבות ומתרחבות לאבחון קליני של מחלות זיהום מתהווה, מכיוון שהם מסוגלים לזהות את המטרה הביולוגית הספציפית באופן מהיר, רגיש ומדויק. למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנות לגבי זיהוי חומצות גרעין, ניתן ליישמה גם לזיהוי של מולקולות אחרות, כגון ציטוקינים, הורמונים, חלבונים ווירוסים. באופן כללי, אנשים שאינם מכירים את השיטה עלולים להתקשות בביצועה, מכיוון שהיא דורשת שיתוף פעולה רב-תחומי בין תחומי הביולוגיה והנדסת החשמל.הכנת טרנזיסטור השראה בשער (FET) מחוטי ננו של סיליקון פוליקריסטלי מפורטת בפרוטוקול הטקסט. ההתקן מיוצר מוופר בעל קוטר של שישה אינצ'ים. חוטי הננו של הסיליקון בהתקן הם ברוחב של כ-100 ננומטרים ובאורך של 1.6 מיקרון.על מנת לבצע טיפול מקדים במכשיר, הוצאו אותו תחילה מאחסון בארון ייבוש אלקטרוני ופתחו את שקית הוואקום האטומה שבה הוא נמצא. נקו את החיישן הביולוגי במכשיר סוניקטור (Sonicator) המכיל אצטון טהור למשך 10 דקות. לאחר מכן, החליפו את הנוזל באמבט לאתנול טהור וחזרו על תהליך הסוניקציה למשך חמש דקות נוספות.לאחר רחצה שנייה זו, השתמשו בזרם של גז חנקן כדי לייבש את ההתקן. לאחר מכן, טיפלו את ההתקן בפלסמת חמצן בהספק של 18 watts למשך 30 שניות. כעת בצעו מדידות מוליכות AC ומדדו את התכונות החשמליות של זרם הניקוז (drain current) בהתקן, כפי שמסובר בסעיף הבא.לאחר מכן, התקדמו לקיבוע ה-DNA על פני השטח של ההתקן, תוך ביצוע מדידות נוספות, הן של מוליכות AC והן של זרם הניקוז (drain current), לאחר כל שינוי. ראשית, הכינו את פרופיל ה-pH. הכינו תמיסת sodium phosphate tribasic dodecahydrate בריכוז 10 millimolar במים דה-יוניים, שערך ה-pH שלה הוא 11.6.לאחר מכן, הכין תמיסת חומצה זריחית בריכוז 10 millimolar במים דה-יוניים, בעלת pH של 2.35. כעת הכן שבע תמיסות בופר בריכוז 10 millimolar עם ערכי pH הנעים בין 3 ל-9, על ידי ערבוב שני תמיסות המקור. כאשר תמיסות הבדיקה והתעלה המיקרופלואידית מוכנות, מדוד מוליכות בזמן אמת באמצעות טכניקת lock-in.הניחו שתי גששי מחט על כל אחת מהמגעי המקור (source) והניקוז (drain). המירו את אות זרם ה-AC לאות מתח AC באמצעות קדם-מגבר זרם בעל רעש נמוך. לאחר מכן, קבעו את מתח שער הנוזל האופטימלי והמשיכו בהגשת כל תמיסת בופר תוך מדידת המוליכות במתח ניקוז של 10 millivolts.בשלב הבא, מדוד את זרם הניקוז (drain current) עם בופר ניטרלי. זרימה של בופר ב-pH 7 אל המכשיר באמצעות משאבת מזרקים בקצב של five milliliters per hour. לאחר מכן, באמצעות תוכנה מסחרית לניתוח מוליכים למחצה, מדוד את זרם הניקוז במצב N MOSFET.כוונן את מתח ההטיה ל-0.5 volts ובצע סריקה של פוטנציאל השער ממינוס אחת עד שלוש volts במרווחים של 0.2-volt. כעת הרץ את הבדיקה והשג את הנתונים. התחל בהטבלה של החיישן הביולוגי ב-2%APTES באתנול למשך 30 דקות כדי לקשר באופן קוולנטי את פני השטח של הננו-חוט.לאחר מכן, שטפו את הביו-סנסור שלוש פעמים למשך 30 שניות עם אתנול, ולאחר מכן נקו אותו באמצעות Sonicator המכיל אתנול. כעת, כדי ליצור קבוצות אמין על ננו-חוטי הסיליקון, הניחו את הביו-סנסור על משטח בטמפרטורה של 120-degree Celsius למשך 10 דקות. בעקבות שלב החימום, בצעו מדידות במכשיר כפי שמתואר בסעיף הקודם.בשלב הבא, כדי ליצור קבוצות אלדהיד על ננו-חוטי הסיליקון, טבול את ההתקן ב-12.5% glutaraldehyde ב-10 millimolar sodium phosphate pH 7 למשך שעה אחת בטמפרטורת החדר. הגבל כל חשיפה לאור במהלך שלב זה. לאחר הטיפול ב-glutaraldehyde, שטוף את ההתקן עם בופר 10 millimolar sodium phosphate שלוש פעמים למשך 30 שניות לכל שטיפה.לאחר מכן ייבשו את הביוסנסור באמצעות זרימת גז חנקן טהור ובצעו מדידות כדי לאשר את המודילציה של הפנימי השטח. השלב הבא הוא דגירה של הביוסנסור בתמיסת פרובה בריכוז 1 µM למשך הלילה, כדי להשקיע את פרובת ה-DNA. למחרת, חסמו את קבוצות האלדהיד שלא הגיבו על ידי טבילת המכשיר ב-10 mM Tris עם 4 mM sodium cyanoborohydride למשך חצי שעה.לאחר מכן, שטפו את המכשיר שלוש פעמים בבופר פוספט נתרן 10 millimolar ב-pH 7, ולאחר מכן ייבשו את המכשיר באמצעות זרם של גז חנקן, כפי שנעשה קודם לכן. לאחר מכן, בצעו סדרת מדידות סופית כדי לאשר את שינוי פני השטח לפני השימוש במכשיר כחיישן ביולוגי. התחילו בלקיחת מדידת בסיס.זרימה של בופר פוספט נתרן בניטרול pH אל תוך המכשיר למשך 10 דקות. במהלך הליך זה, קצב זרימת התמיסה הוא תמיד 5 mL לשעה. לאחר מכן המתן 30 דקות, הזרם שוב בופר בניטרול pH על פני החיישן הביולוגי למשך 10 דקות, ומדוד את הזרם של המכשיר.בשלב הבא, טען 10 picomoles של DNA, המשלימה לגשש, על פני השטח של ננו-חוט הסיליקון על ידי זרימת התמיסה מעל ההתקן למשך 10 דקות. לאחר מכן, דגור את הביו-סנסור למשך 30 דקות. כביקורת שלילית, החל 100 picomoles של DNA שאינו משלים על ההתקן.לאחר הדגירה, העביר בופר pH ניטרלי על החיישן הביולוגי למשך 10 דקות כדי לשטוף DNA מטרה שאינו קשור. לאחר שלב זה, מדוד את הזרם של המכשיר כפי שנעשה קודם לכן. לאחר מכן, העמס 1 nM של DNA שחזור על פני השטח של ננו-חוט הסיליקון שבו מקובע גשש ה-DNA למשך 10 דקות.לאחר מכן, דגרו את החיישן הביולוגי למשך 30 דקות, כפי שנעשה קודם לכן. לבסוף, העבירו באזור זרימה בופר ניטרלי pH על גבי ההתקן למשך 10 דקות נוספות, ולאחר מכן בצעו מדידות זרם פעם נוספת. גשושית DNA קובעה על פני השטח של תחמוצת הסיליקון, וכל שלב של שינוי אושש באמצעות ספקטרוסקופיית פוטואלקטרונים בקרני X.עבור ה-pSNWFET הבלתי משונה המכיל את שכבת התחמוצת הטבעית על פני השטח של ה-SNW, קבוצות ההידרוקסיל התיונזו כדי ליצור קבוצות טעונות עם עלייה בערכי ה-pH. המוליכות השתנתה ככל הנראה בערכי pH שונים. ההסתה בתכונות החשמליות של ההתקן לאחר שינויים שונים מאשרת את השינוי במשטח התיל.בניסויים אלה, עקומת המתח-זרם של המכשיר ללא שינוי שימשה כקו בסיס. לאחר טבילת המכשיר ב-APTES, עקומת המתח-זרם של המכשיר הוסטה שמאלה בשל המטען החיובי על פני השטח של התיל. לאחר הצמדת glutaraldehyde למכשיר שעבר שינוי באמצעות APTES, עקומת המתח-זרם הוסטה בחזרה ימינה בשל היווצרות קשרי MI בעלי מטען ניטרלי.לבסוף, הוחדרה גשש DNA עם מודיפיקציית אמין בקצה 5' כדי להיקשר להתקן המודף ב-APTES וגלוטרדהיד. השלד של ה-DNA גרם להסטה של עקומת המתח-זרם ימינה באופן משמעותי. לאחר צפייה בסרטון זה, צריכה להיות לכם הבנה טובה לגבי האופן שבו מאשרים את קיבוע הביוגשש ואת יישום חישוי ה-DNA על טרנזיסטורי שדה בעלי ננו-חוטי פוליסיליקון.לאחר רכישת המיומנות, ניתן להשלים טכניקה זו להכנה לזיהוי חומצות גרעין בתוך שעה אחת, במידה והיא מבוצעת כראוי, וניתן לבצעה מראש. החשיפה הביולוגית הסופית אורכת פחות מ-10 דקות. בעת ביצוע פרוצדורה זו, חשוב לזכור לנתח את התכונות החשמליות של ההתקן בכל שלב של שינוי הגשש הביולוגי.טכניקה זו סללה את הדרך עבור חוקרים בתחום החיישנים מבוססי מוליכים למחצה ליישום רחב יותר של ביו-חישוש (biosensing). בעקבות נהלים אלו, ניתן לבצע שיטות אחרות, כגון קיבוע של גשש לסממן סרטני, כדי לענות על שאלות נוספות בתחומים כגון אבחון קליני של סרטן.

preparation-silicon-nanowire-field-effect-transistor-for-chemical

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

אנו מתארים את ייצור מכשיר מדידה ולפרוטוקול biosensors בתדר גבוה המבוסס על צינורות פחמן. טכניקת חישת התדירות הגבוהה מפחית את הסיכון (דביי) השפעת ההקרנה יונית הבסיסית ומאפשרת Nanotube biosensor להיות מופעל בפתרונות כוח יוניים גבוהים שבי biosensors אלקטרוני קונבנציונלי נכשלים. הטכנולוגיה שלנו מספקת פלטפורמה ייחודית לbiosensors אלקטרוני הפועלים בתנאים פיסיולוגיים רלוונטיים נקודה של הטיפול (POC).

המצאה של Biosensor Nanotube פחמן בתדירות גבוהה Nanoelectronic לחישה בפתרוני כוח יוניים גבוהים

מסופק נוהל מפורט לסימום פני השטח של ממשקי סיליקון. סימום פני השטח הרדוד במיוחד מודגם על ידי שימוש בזרחן המכיל חד-שכבות ותהליך חישול מהיר. השיטה יכולה לשמש לסמים של משטחי שטח מקרוסקופיים כמו גם ננו-מבנים.

חד שכבתי לתקשר סימום של משטחי סיליקון וNanowires שימוש בתרכובות זרחן אורגניות

Biosensor אופטי ללא תווית לזיהוי חיידקים מהירים הוא הציג. Biosensor מבוסס על Si הנקבובי nanostructured, שנועד ללכוד באופן ישיר את תאי חיידקי היעד על פני השטח שלו. אנו משתמשים בנוגדנים חד שבטיים, משותקים על המתמר הנקבובי, כמו הבדיקות ללכוד. המחקרים שלנו מראים את הישימות של biosensors אלה לצורך זיהוי של ריכוזי חיידקים נמוכים תוך דקות ללא עיבוד לפני מדגם (כגון תמוגה תא).

זיהוי אופטי של א coli חיידקים על ידי Biosensors הסיליקון Mesoporous

שיטה לגידול של ננו-צינורות פחמן מיושרים אנכית בטמפרטורה נמוכה, וייצור לאחר מכן של מבני בדיקה חשמליים אנכיים באמצעות ייצור מוליכים למחצה.

המצאה של טמפרטורה נמוכה חיבורים אנכיים-צינורות פחמן תואם עם סמיקונדקטור טכנולוגיה

בנייר זה, הזרימה dielectrophoresis בסיוע הוכח עבור הרכבה עצמית של התקני ננו-חוט. הזיוף של טרנזיסטור אפקט שדה ננו-חוט סיליקון מוצג בתור דוגמה.

בסיוע זרימת Dielectrophoresis: שיטה בעלות נמוכה עבור הזיוף של התקני ננו-חוט processable-פתרון ביצועים גבוהים

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי לקבוע את מספר הספק במוצקים באמצעות האלקטרוליט.

פקד שדה חשמלי של הברית אלקטרונית ב- WS Nanodevices2 מאת אלקטרוליט Gating

אנו מציגים שיטה מפורטת כדי לפברק deformable לרוחב NIPIN phototransistor מערך עבור חיישני תמונה מעוקל. המערך phototransistor עם טופס רשת פתוחה, אשר מורכב של האיים סיליקון דק, מתיחה interconnectors מתכת, מספק גמישות, stretchability. במנתח בפרמטר מאפיין המאפיין חשמל של phototransistor מפוברק.

ייצור של חיישן גמיש בהתאם לרוחב NIPIN Phototransistors

המאמר שואפת להציג את הליך ייצור סטנדרטי ואמין לפיתוח עתידי נמוך nanoelectronics תלת-ממדי.

שיטה סטנדרטית ואמינה כדי לפברק Nanoelectronics דו מימדי

פרוטוקול זה מתאר את השימוש nanowires סיליקון עבור ביו-אפנון אופטי תאי של תא בשיטה פשוטה וקלה לביצוע. הטכניקה ניתנת להתאמה גבוהה לסוגי תאים מגוונים ותוכל לשמש במבחנה, כמו גם ביישומים vivo.

ננו-חוטי סיליקון וגירוי אופטי לחקירות של צימוד חשמלי פנים-תאי

הפרוטוקול הנוכחי מדגים את הפיתוח של ביוסנסור טרנזיסטור אפקט שדה גרפן מגודר אלקטרוליטים (EGGFET) ויישומו בזיהוי אימונוגלובולין G (IgG) של סמנים ביולוגיים.

פיתוח ופונקציונליזציה של טרנזיסטור שדה-אפקט גרפן מגודר אלקטרוליטים לזיהוי סמנים ביולוגיים

פרוטוקול זה מתאר ייצור של טרנזיסטור אפקט שדה רגיש ליונים (ISFET) מבוסס אינדיום-תחמוצת בדיל (ITO), שניתן לבנות כחיישן FET מגודר תמיסה (למשל, חיישן pH) בתהליך קצר ופשוט (כחצי יום). ניתן ליישם ITO-ISFET מקשה אחת זו גם על חישה ביולוגית.

ייצור טרנזיסטור מקשה אחת מבוסס תחמוצת אינדיום-בדיל, המאפשר חישה ביולוגית רגישה

למד הכנת טרנזיסטור Nanowire סיליקון לזיהוי DNA ביוסנסורי בזמן אמת. שיטה זו מאפשרת אבחון קליני מדויק של מחלות זיהומיות באמצעות חיישנים בעלי רגישות גבוהה.

הכנת טרנזיסטור הסיליקון Nanowire שדה ותוצאה עבור יישומים כימיים biosensing

גלה סרטונים נוספים