Name: 化学とバイオセンシングアプリケーション用のシリコンナノワイヤ電界効果トランジスタの作製 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-21T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 25 s
Description: 学ぶポリシリコンナノワイヤ電界効果トランジスタを用いたバイオプローブ固定化とDNAバイオセンシングの手法。感染症の臨床診断における高感度リアルタイム検出への応用可能性を確認できます。

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この研究は台湾科学技術部(104-2514-S-009 -001、104-2627-M-009-001、102-2311-B-009-004-MY3)によって財政的に支援されました。National Nano Device Laboratories(NDL)には、デバイスの作製と分析における貴重な支援に感謝します。

1.作製とpSNWFETデバイスの保全<ol><li> デバイス製造 注：pSNWFETは以前23,24を報告されたように、側壁スペーサ技術を用いて作製しました。 <ol><li>ゲート誘電体層を準備します。 <ol><li>膜厚100nmの熱酸化膜 ​​（SiO 2）（4時間980℃でO 2およびH 2処理ガス）湿式酸化プロセス25を用いて、Si基板上に層をキャップ。 </li><li> 4時間980℃で低圧化学蒸着（LPCVD）25を使用して、膜厚50nmの窒化シリコン（Si 3 N 4）層を堆積させます。 </li></ol></li><li> 4時間780℃でLPCVD 25を使用することにより膜厚100nmのテトラエチルオルトシリケート（TEOS）層を堆積させます。 </li><li>酸化ダミー構造を定義するために、I線ステッパを使用して、標準的なリソグラフィを行います。 <ol><li>コー​​ト830 nmの厚さのフォトレジスト層を有するウェハ表面。 </li><li>私I線ステッパーにパターン定義のフォトマスクをnsert。 </li><li>室温で1980 Jの強度で：I線ステッパー（波長365nm）を使用して露出を処理します。 </li><li> 5分間の現像液内のウェハを開発します。 </li><li>誘導1分間のHBrおよびClプラズマガスをプラズマエッチャー25結合標準を使用して、等方性エッチング処理を行います。 </li></ol></li><li> LPCVD 25を使用することにより、厚さ100nmのアモルファスシリコン（α-Si）層を堆積させます。 </li><li>多結晶構造の中にα-Siから変換するために24時間N 2雰囲気中で600℃でのアニール工程を行います。 </li><li>低エネルギーのソース/ドレイン（S / D）のドーピングを介してインプラントリンイオン（5E 15 cm -2で）25。 </li><li> poly-Si層を除去し、ポリシリコンナノワイヤー（pSNW）25を形成するために、I線ステッパを使用して、標準的なリソグラフィを行います。 注：DOPを移植するステップ1.1.3を繰り返し、アリポリSi除去とS / D領域以外の場所で自己整合的にサイドウォールのSiチャネルを形成します。 </li><li> 5時間25 780℃でのLPCVDを用いて不動態化プロセス（200nmの厚さのTEOS酸化膜 ​​）を行います。 </li><li>二段階のドライ/ウェットエッチングプロセスを用いて、ナノワイヤ・チャネル、およびフォームのテストパッドを露出させるために、I線ステッパを使用して、標準的なリソグラフィを行います。 <ol><li>手順を繰り返し1.1.3。 </li><li>ウェットエッチング処理を行う（DHF：HF / 1分間のH 2 O）。 </li></ol></li></ol></li><li> ウエハの保存 <ol><li>真空保管袋にウェハを密封し、電子ドライキャビネット（室温で相対湿度&lt;40％）に保管してください。 </li></ol></li></ol>デバイスの2.前処理<ol><li> デバイスの洗浄 <ol><li>純粋なアセトンでデバイスをすすぎます。 </li><li>超音波処理（46 kHzで、80 W）10分間、純粋なアセトン中のデバイス。 </li> &lt;LI&gt;超音波処理（46 kHzで、80 W）5分間純エタノール（99.5％）でデバイス。 </li><li>ブロードライ装置の表面を窒素で。 </li></ol></li><li> 酸素プラズマ <ol><li> 30秒18 WでO 2プラズマでデバイスを扱います。 </li></ol></li></ol>デバイス表面上のDNAプローブの3固定化<ol><li> アミン基の修飾 <ol><li> 30分間、2.0％（3-アミノプロピル）トリエトキシシラン（APTES）/エタノール溶液中に装置を浸します。 </li><li>エタノールで3回装置を洗浄し、その後、超音波処理（46 kHzで、80 W）10分間、エタノール中のデバイス。 </li><li> SNWsのアミン基を作成するために10分間、120℃のホットプレート上でデバイスを加熱します。 </li></ol></li><li> アルデヒド基修飾 <ol><li>表面にアルデヒド基を作成するために、室温で1時間、12.5％のグルタルアルデヒドでデバイスを浸します。光暴露を避けます。 </li><li>デバイスのウィットを洗いますその後、3回およびブロー乾燥装置の表面を窒素で、H 10 mMリン酸ナトリウム緩衝液（pH 7.0のNa-PB）。 </li></ol></li><li> DNAプローブを固定化 <ol><li>一晩、1μMDNAプローブを含有する溶液中にデバイスを浸します。 </li><li>未反応のアルデヒド基をブロックするために30分間、4.0ミリモルのNaBH 3 CNと10mMトリス緩衝液（pH8.0）でデバイスを浸します。 </li><li> Na-PB（pH7.0）で3回装置を洗浄し、その後ブロードライ装置の表面を窒素で。 </li></ol></li></ol> pSNWFET上の表面改質の4確認と分析<ol><li> 表面改質の各ステップ以下pHプロファイル <ol><li> pHが3.0から9.0での10mMのNa-PBを準備します。 <ol><li>脱イオン水（pHは11.60）で10 mMのリン酸ナトリウム三塩基十二（のNa 3 PO 4）を準備します。 </li><li>脱イオン水中の10 mMのリン酸（H 3 PO 4）を調製（pHは2.35）。 </li><li> 10mMののNa 3 PO 4緩衝液500ml中にpH電極を配置し、3.0、4.0、5.0のpH値でバッファを得るために、pH値を測定しながら、10mMのH 3 PO 4緩衝液の異なるボリュームでこの溶液を混合、6.0 、7.0、8.0、および9.0。 </li></ol></li><li> ACコンダクタンス測定 注：測定回路は、液体ゲート電極として役立っ小さなAC信号発生器とAuマイクロワイヤを含んでいました。 <ol><li>各改質工程での測定26のための最適な液体ゲート電圧（V LG）を決定し （2.2、3.1、3.2、および3.3ステップ）。 注：デバイスの電気的特性を、このセクションで説明するようにSNW上の4つの表面改質を測定した後。ステップ2.2において、自然酸化物層を含む未修飾pSNWFETが変更されます。 APTESのアミン基を有する装置を変更する3.1伴うステップ。ステップ3.2は非荷電での修飾を含み、グルタルアルデヒドの官能基;ステップ3.3は、DNAプローブの修飾を含みます。 <ol><li> SNWとの直接接触のための：10mMのNaをPB（pH7.0）に、シリンジポンプを使用して、SNW表面にソリューションを提供し（5.0ミリリットル/時間の流速）。 </li><li> 0.80から1.30 VにV LGを掃引しながら、デバイスのリアルタイムのコンダクタンスを測定します<ol><li>室温でロックイン技術27を使用することによりコンダクタンス測定を行います。 </li><li> AC電流信号は、低ノイズ電流プリアンプを使用することにより、交流電圧信号に変換します。 </li><li> 0.80から1.30 V（間隔= 0.02 V）にV LGを増やす時にコンダクタンス（G）上のデータを収集します。 </li></ol></li><li>装置26の最適なV LG（最も敏感なV LG）を決定します 。 <ol><li>曲線の方程式を得るために、ステップ4.1.2.1.2.3からGV LG曲線をプロットします。 </li><li> DIF式をferentiate、およびV LGの各点の値を計算します。 </li><li> Gでステップ4.1.2.1.3.2から値を割り、および最大数に応じた最適なV LGを決定します 。 </li></ol></li></ol></li><li>表面改質の各段階でのpHプロファイルをリアルタイムでコンダクタンスを測定します。 <ol><li>室温でロックイン技術27を使用することによりコンダクタンス測定を行います。 </li><li>低ノイズ電流のプリアンプを使用して、交流電圧信号に交流電流信号に変換します。 </li><li> V LG：表面改質（ステップ2.2の各ステップに最適なV LGを設定します。 = 1.02、ステップ3.1：V LG = 0.98、ステップ3.2：V LG = 0.98、およびステップ3.3：V LG = 1.0）。 </li><li> 5.0ミリリットル/時間：SNW表面に3.0から9.0へのpH値を有する10mMののNa-PB溶液（流量を配信）、0.01 Vのドレイン電圧でのコンダクタンスのデータを収集します</li></ol></li></ol></li></ol></li><li> 表面改質の各ステップ以下の10mMのNa-PB（pHは7.0）でのデバイスの電気的特性（I D -V BG曲線 ）の測定（2.2、3.1、3.2、および3.3を繰り返します。） 注：デバイスの電気的特性をSNW上の4つの表面改質を測定した後：ステップ2.2で、自然酸化物層を含む改変されていないpSNWFETが変更されました。ステップ3.1は、APTESのアミン基を持つデバイスを変更することです。ステップ3.2は、グルタルアルデヒドの非荷電官能基による修飾を伴います。ステップ3.3は、DNAプローブの修飾を伴います。 <ol><li> SNWとの直接接触のため：シリンジポンプを使用して（5.0ミリリットル/時流量）（2.2、3.1、3.2、および3.3ステップ）を10mMのNa-PB（pH7.0）でSNW表面へのソリューションを提供します。 </li><li> I Dを測定します </em&gt;デバイスの商用半導体アナライザおよびソフトウェアを使用して、（2.2、3.1、3.2、および3.3ステップ）。 <ol><li> 「nMOSFETの &quot;モードを選択します。 </li><li>モジュール- &quot;V BG I D」を選択します。 注：I Dは、ドレイン/ソース電流であり、V BGはバックゲート電圧です。 </li><li> -1 3.0 V（間隔= 0.2 V）にゲート電位（V BG）を掃引しながら一定のバイアス電圧（V D = 0.5 V）を設定します。 </li><li> V BG曲線 - I Dを得るために、Runアイコンをクリックします。 </li></ol></li></ol></li></ol> 5. DNAバイオセンシング注：典型的な実験では、I D - V B G曲線はさらなる変動はOBSEされていないことを確認するために、3回に決定されますrved。 <ol><li> ベースラインの決意 <ol><li>シリンジポンプ（流量：5.0ミリリットル/時間）を用いて10分間DNAプローブを固定化SNW表面への10mMのNa-PB液（pH7.0）を供給し、次いで30分間SNWインキュベートします。 </li><li>デバイスのI Dを （ステップ4.2.2を繰り返し）を測定します。 </li></ol></li><li> DNA / DNAハイブリダイゼーションの検知 <ol><li>シリンジポンプを用いて10分間DNAプローブを固定化SNW表面上に負荷10 pMの相補的標的DNAは（流速：5.0ミリリットル/時間）、その後30分間SNWインキュベートします。 </li><li>未結合のターゲットDNAを洗浄する：シリンジポンプを用いて10分間SNW表面上の10mMのNa-PB液（pH 7.0）を提供（5.0ミリリットル/時間の流速）。 </li><li>デバイスのI Dを測定するための手順を繰り返し4.2.2。 </li></ol></li><li> DNA / DNAハイブリダイゼーションのシグナルを再確認。 <ol><li>トンへの負荷1 nMの回復DNA彼はDNAシリンジポンプを用いて10分間SNW表面をプローブ固定化（流速：5.0ミリリットル/時間）、その後30分間SNWインキュベートします。 </li><li>シリンジポンプ（5.0ミリリットル/時間の流速）を使用して10分間SNW表面上の10mMのNa-PB液（pH 7.0）を配信します。 </li><li>デバイスのI Dを測定するための手順を繰り返し4.2.2。 </li></ol></li><li> 負の制御 <ol><li>シリンジポンプを用いて10分間DNAプローブを固定化SNW表面上に負荷100 pMの非相補的DNAは、（流速：5.0ミリリットル/時間）、その後30分間SNWインキュベートします。 </li><li>シリンジポンプ（5.0ミリリットル/時間の流速）を使用して10分間SNW表面上の10mMのNa-PB液（pH 7.0）を配信します。 </li><li>デバイスのI Dを測定するための手順を繰り返し4.2.2。 </li></ol></li></ol>

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著者らは開示するものは何もない。

トップダウンとボトムアップの製造はsSNWFETsためのアプローチ商業化するため、そのコスト32,33、SNW位置制御34,35、およびその低生産規模36のために困難であると考えられます。これとは対照的に、pSNWFETsを製造することは簡単で低コスト37です。側壁スペーサ形成技術（ 図1）と、トップダウンアプローチと組み合わせて、SNWの大きさは、反応性プラズマエッチングの時間を調整することにより制御することができます。 図1aに示さpSNWFETのナノワイヤを製造するための手順は、容易に商業的な半導体設備に適合させることができます。したがって、pSNWFETsは、費用対効果、簡単な構成技術、およびCMOS互換製造プロセスを含むいくつかの利点を有し、したがって、バイオセンシングに適用することができます。 半導体デバイスの製造とは対照的に、プロセスは、十分に定義されたCOMMErcial施設、デバイス上のバイオプローブの固定化は...

シリコンナノワイヤ電界効果トランジスタ（SNWFETs）は、超高感度の利点と環境電荷変動に直接的な電気的応答を有します。負（または正に）帯電した分子は、シリコンナノワイヤー（SNW）に近づくときに、例えばn型SNWFETsにおいて、SNW内のキャリアが枯渇（又は蓄積）されています。その結果、SNWFETの導電率が減少（または増加）1。したがって、SNWFET装置のSNW面付近に荷電分子を検出することができます。細胞表面上の酵素、タンパク質、ヌクレオチド、および多くの分子を含む重要な生体分子は、電荷キャリアであり、SNWFETsを用いてモニターすることができます。特にSNWの生体分子プローブを固定化する適切な改変、で、SNWFETはラベルフリーバイオセンサーへと発展することができます。 バイオマーカーを用いたサーベイランスは、疾患を診断するために重要です。 表1に示すように 、いくつかの研究はNWFE使用していますTベースの無標識、超高感度バイオセンサ、及び図3に示すように、神経信号4を結合する単一のウイルス2、アデノシン三リン酸、およびキナーゼを含む種々の生物学的標的のリアルタイム検出、金属イオン5,6、細菌毒素7、ドーパミン8、DNA 9-11、RNA 12,13、酵素と癌バイオマーカー14-19、ヒトのホルモン20、およびサイトカイン21,22。これらの研究は、NWFETベースのバイオセンサーは、溶液中の生物学的および化学種の広い範囲のための強力な検出プラットフォームを表していることを実証しました。 SNWFETベースのバイオセンサでは、デバイスのSNW表面上に固定化されたプローブは、特定のbiotargetを認識する。バイオプローブを固定化することは、通常の一連の工程を含み、すべてのステップが正常にバイオセンサーの適切な機能を確保するために行われることが重要です。様々な技術は、Sを分析するために開発されていますX線光電子分光法（XPS）、エリプソメトリー、接触角測定、原子間力顕微鏡（AFM）、走査型電子顕微鏡（SEM）を含むurface組成物。このようなXPS、エリプソメトリー、および接触角測定などの方法が他の同様の材料で行わ平行実験に依存しているのに対し、このようなAFMやSEMなどの方法は、ナノワイヤデバイス上のバイオプローブの固定化の直接的な証拠を提供します。本稿では、2つの独立した方法を用いて、各変更ステップの確認を説明します。 XPSは、シリコンウェーハ上の特定の原子の濃度を調べるために使用され、デバイスの電気的特性の変化を直接SNW表面上の電荷の変化を確認するために測定されます。我々は、このプロトコルを説明する例として、多結晶SNWFETs（pSNWFETs）を用いてDNAのバイオセンシングを使用します。 SNW表面にDNAプローブを固定するには、3つの手順を実行します。SNW、アルのネイティブヒドロキシル表面上のアミン基修飾をアルデヒド基の修飾、及び5&#39;-アミ​​ノ修飾DNAプローブの固定化。表面電荷はチャネル電流とコンダクタンス1を変えるゲート誘電体上にローカル界面電位変化を引き起こすので、各修正ステップにおいて、デバイスは、直接、SNW表面上に固定化された官能基の電荷の変化を検出することができます。電気pSNWFETデバイスの電気的特性を調節することができるSNW面を囲む電荷。従って、SNWの表面特性はpSNWFETデバイスの電気的特性を決定する際に重要な役割を果たしています。報告された手順では、SNW表面にバイオプローブの固定化は、直接決定することができ、電気的測定によって確認され、デバイスがバイオセンシング応用のために準備されます。

<table><tbody><tr><td>アセトン</td><td></td><td>エコーAH-3102</td><td></td></tr><tr><td>(3-アモノプロピル)トリエトキシシラン(APTES)、&ge;98%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A3648</td><td>危険</td></tr><tr><td>エタノール、無水、99.5%</td><td>ECHO</td><td>484000203108A-72EC</td><td></td></tr><tr><td>グルタルアルデヒド溶液(GA)、50%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G7651</td><td>軽い</td></tr><tr><td>シアノボロ水素化ナトリウムを避けてください。95.0%&nbsp;</td><td>Fluka</td><td>71435</td><td>危険性と潮解性</td></tr><tr><td>リン酸ナトリウム三塩基性十二水和物、&ge;98%</td><td>Sigma</td><td>04277リン酸</td><td></td></tr><tr><td>、&ge;99.0%</td><td>Fluka</td><td>79622</td>潮<td>解</td></tr><tr><td>性フォトレジスト(iP3650)</td><td>東京応化工業株式会社</td><td>THMR-iP3650 HP</td><td></td></tr><tr><td>合成オリゴヌクレオチド、HPLC精製</td><td>プロテックテクノロジー</td><td></td><td></td></tr><tr><td>トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(トリス)、&ge;99.8%</td><td>USB</td><td>75825</td><td></td></tr><tr><td>ケースレー2636 システム・ソースメータ</td><td>ケースレー</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SR830 DSPロックイン・アンプ</td><td>スタンフォード・リサーチ・システム</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SR570 低ノイズ電流プリアンプ</td><td>スタンフォード・リサーチ・システム</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ズ NI PXI Express</td><td>ナショナル・インスツルメンツ</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

化学とバイオセンシングアプリケーション用のシリコンナノワイヤ電界効果トランジスタの作製

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

バイオマーカーを使用した監視は、病気の早期発見、迅速な介入、および発生率の低下にとって重要です。本研究では、バイオマーカー検出のためのバイオセンシングデバイスとして機能する多結晶シリコンナノワイヤ電界効果トランジスタ(pSNWFET)の作製について述べる。pSNWFETを用いた化学的および生体分子的なセンシングのプロトコールを紹介します。pSNWFETデバイスは、リアルタイム、ラベルフリー、超高感度のバイオセンシングアプリケーション向けの有望なトランスデューサであることが実証されました。pSNWFETのソース/ドレインチャネルの導電率は、シリコンナノワイヤ(SNW)表面の周囲の環境の変化に敏感です。このように、SNW表面にプローブを固定化することで、pSNWFETは低分子(ドーパミン)から高分子(DNAやタンパク質)まで、さまざまなバイオターゲットを検出することができます。バイオプローブをSNW表面に固定化することは、多段階の手順であり、バイオセンサーの特異性を決定するために不可欠です。固定化手順のすべてのステップが正しく実行されることが不可欠です。各改質ステップ後のpSNWFETの電気的特性の変化を直接観察することにより、表面改質を検証しました。さらに、X線光電子分光法を使用して、各修飾後の表面組成を調べました。最後に、pSNWFET上でのDNAセンシングを実証しました。このプロトコルは、バイオプローブの固定化とその後のDNAバイオセンシングアプリケーションを検証するための段階的な手順を提供します。

種々 SNWFETsは、バイオセンサー（ 表1）の変換器として機能することが報告されています。単結晶SNWFETs（sSNWFETs）とpSNWFETsは、水溶液中の変換器と同等の電気特性を示し、両者は多くのバイオセンシング用途を有することが報告されています。本研究で使用pSNWFET装置の有利な特徴は、簡単かつ低コストな製造手順である。 図1aは pSNWFETの製造に関与する重要なステップを示しています。 6インチウェハ（ 図1b）と単一デバイスのSEM像（ 図1c）からのダイの光学像（2 SNWs、約100幅ナノメートル、長さ1.6μm）を得ました。 図2aは、SNW表面上のDNAプローブの固定化の手順を示す図です。各修飾工程はXPS（ 図2Bを</strong...

私たちは、ポリシリコンナノワイヤ電界効果トランジスタを使用したバイオセンシングの主要なステップ、デバイスの準備、ナノワイヤ表面へのDNA分子プローブの固定化と確認、およびDNAセンシングの条件について説明します。

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

本プロトコルの全体的な目的は、ポリシリコンナノワイヤ電界効果トランジスタへのバイオプローブの固定化と、それに続くDNAバイオセンシングを検証することです。この手法は、バイオプローブの固定化や核酸検出など、バイオ電気センシング分野における重要な課題の解決に寄与します。我々のバイオセンシングデバイスは、リアルタイムで手間のかからない、かつ高感度なバイオセンシングアプリケーションに適した有望なトランジスタです。これらのバイオセンサーの意義は、特定のバイオターゲットを迅速、高感度、かつ正確に検出できるため、新興感染症の臨床診断へと広がります。この手法は核酸検出への知見を提供しますが、サイトカイン、ホルモン、タンパク質、ウイルスなどの他の分子の検出にも応用可能です。一般的に、この手法に初めて取り組む人は、生物学と電気工学の分野にわたる学際的な連携が必要となるため、困難を感じる可能性があります。多結晶シリコンナノワイヤ電界効果トランジスタの作製については、テキストプロトコルで説明します。デバイスは6インチウェハから形成されます。デバイス上のシリコンナノワイヤの幅は約100 nanometers、長さは1.6 micronsです。デバイスの前処理を行うには、まず電子ドライキャビネットから取り出し、封印された真空バッグを開封します。純アセトンを満たした超音波洗浄機でバイオセンサーを10分間洗浄します。その後、洗浄液を純エタノールに交換し、さらに5分間超音波洗浄を繰り返します。この2回目の浸漬の後、窒素ガスを用いてデバイスを乾燥させます。次に、18 Wで30秒間、酸素プラズマ処理をデバイスに行います。その後、次節で説明するように、ACコンダクタンス測定を行い、デバイスのドレイン電流の電気的特性を測定します。次に、各修飾後にACコンダクタンスとドレイン電流の両方を測定しながら、デバイス表面へのDNAの固定化を行います。まず、pHプロファイリングの準備をします。脱イオン水を用いて、pH 11.6の10 millimolarリン酸三ナトリウム十二水和液を調製します。次に、脱イオン水を用いてpH 2.35の10 millimolarリン酸溶液を調製します。続いて、これら2つのストックソリューションを混合し、pH 3から9までの範囲となる7種類の10 millimolar緩衝溶液を調製します。テスト溶液とマイクロ流路の準備が整ったら、ロックイン検出法を用いてリアルタイムのコンダクタンスを測定します。ソース電極とドレイン電極のそれぞれに、2本のニードルプローブを配置します。低ノイズ電流プリアンプを用いて、AC電流信号をAC電圧信号に変換します。次に、最適な液体ゲート電圧を設定し、ドレイン電圧10 millivoltsでコンダクタンスを測定しながら、各緩衝液を順次注入します。次に、中性緩衝液を用いてドレイン電流を測定します。シリンジポンプを用いて、pH 7の緩衝液を5 mL/hの速度でデバイスに流します。その後、商用の半導体解析ソフトウェアを使用して、N MOSFETモードでドレイン電流を測定します。バイアス電圧を0.5 Vに設定し、ゲート電位を-1 Vから3 Vまで0.2 V間隔でスイープさせます。次に、テストを実施してデータを取得します。まず、バイオセンサーを2% APTESエタノール溶液に30分間浸漬し、ナノワイヤ表面を共有結合させます。次に、バイオセンサをエタノールで30秒間3回洗浄し、エタノールを入れたソニケーターで洗浄します。続いて、シリコンナノワイヤ上にアミノ基を形成させるため、バイオセンサを120 °Cの表面に10分間置きます。加熱ステップの後、前節で説明した通りにデバイスの測定を行います。次に、シリコンナノワイヤにアルデヒド基を形成するため、デバイスを10 millimolar sodium phosphate pH 7に含まれる12.5% glutaraldehydeに浸し、室温で1時間保持します。この工程の間、光への曝露を制限してください。glutaraldehyde処理後、10 millimolar sodium phosphate bufferを用いて、1回30秒間で3回の洗浄を行います。次に、高純度窒素ガスでバイオセンサーを乾燥させ、表面修飾を確認するために測定を行います。次のステップとして、バイオセンサーを1 µMのプローブ溶液中で一晩インキュベートし、DNAプローブを導入します。翌日、デバイスを10 mM Trisおよび4 mM シアノホウ水素化ナトリウム溶液に30分間浸し、未反応のアルデヒド基をブロッキングします。次に、pH 7の10 mM 硫酸ナトリウム緩衝液でデバイスを3回洗浄し、前述と同様に窒素ガスでデバイスを乾燥させます。その後、バイオセンサーとして使用する前に、表面修飾を確認するための最終測定を行います。まず、ベースラインの測定から開始してください。pH中性のリン酸ナトリウム緩衝液をデバイスに10分間流します。この操作中、溶液の流速は常に5 mL/hに維持してください。その後30分間待ち、再びpH中性緩衝液をバイオセンサー上に10分間流し、デバイスの電流値を測定します。次に、プローブに相補的な10 picomolesのDNAを、溶液をデバイス上に10分間流すことでシリコンナノワイヤ表面にロードします。その後、バイオセンサーを30分間インキュベートします。陰性対照として、100 picomolesの非相補的DNAをデバイスに適用します。インキュベーション後、pH中性バッファーをバイオセンサーに10分間流し、未結合のターゲットDNAを洗浄します。このステップの後、前と同様にデバイスの電流を測定します。次に、DNAプローブが固定化されたシリコンナノワイヤ表面に、1 nMのリカバリーDNAを10分間ロードします。その後、前述と同様にバイオセンサーを30分間インキュベートします。最後に、pH中性バッファーをデバイス上にさらに10分間流し、再度電流測定を行います。DNAプローブを酸化シリコン表面に固定化し、各修飾ステップをX線光電子分光法を用いて確認しました。SNW表面に天然酸化層を持つ未修飾のpSNWFETでは、pH値の上昇に伴い水酸基が電離して電荷を持つ基が形成されました。これにより、異なるpHにおいてコンダクタンスが変化したと考えられます。異なる修飾後にデバイスの電気的特性に生じたシフトは、ワイヤー表面の変化を裏付けるものです。このような実験では、未修飾デバイスの電流電圧曲線（I-V曲線）をベースラインとして使用しました。デバイスをAPTESに浸漬した後、電極表面に正電荷が生じたため、デバイスの電流電圧曲線は左方向にシフトしました。さらに、APTES修飾デバイスにグルタルアルデヒドを結合させると、電荷的に中性であるMI結合が形成されたため、電流電圧曲線は再び右方向へシフトしました。最後に、APTESおよびグルタルアルデヒドで修飾したデバイスに結合させるため、5'末端にアミン修飾を施したDNAプローブを導入しました。DNAのバックボーンにより、電流-電圧曲線が大きく右側にシフトしました。このビデオを視聴することで、ポリシリコンナノワイヤ電界効果トランジスタにおけるバイオプローブの固定化の確認方法と、DNAセンシングへの応用について深く理解することができたはずです。この核酸検出のための調製技術を習得すれば、適切に行うことで1時間以内に完了でき、事前準備も可能です。最終的なバイオセンシングには10分もかかりません。この手順を実施する際は、バイオプローブ修飾の各ステップにおいて、デバイスの電気的特性を分析することが重要です。この技術は、半導体ベースのセンサー分野の研究者がバイオセンシングへのより幅広い応用を行うための道を開きました。これらの手順に従い、がんバイオマーカープローブの固定化などの他の手法を実施することで、臨床的ながん診断などの分野におけるさらなる課題を解決することが可能です。

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

我々は、デバイス作製およびカーボンナノチューブ系高周波バイオセンサーの測定プロトコルを説明する。高周波センシング技術は、基本イオン（デバイ）遮蔽効果を緩和し、ナノチューブバイオセンサーは、従来の電子バイオセンサが失敗し、高イオン強度溶液で動作することを可能にする。当社の技術は、ポイントオブケア（POC）生理学的に適切な状態で動作する電子バイオセンサーのためのユニークなプラットフォームを提供します。...

高イオン強度ソリューションで感知するためのカーボンナノチューブ高周波ナノエレクトロニクスバイオセンサーの作製

シリコン界面の表面ドーピングの詳細な手順が提供されています。超浅面ドーピングは、リン含有単分子膜と迅速なアニーリングプロセスを使用することによって実証されます。この方法は、巨視的な領域表面だけでなく、ナノ構造のドーピングにも使用できます。...

有機リン化合物を用いたシリコン表面およびナノワイヤの単層接触ドーピング

迅速な細菌検出用ラベルフリー光学バイオセンサーを導入する。バイオセンサーは、直接的にその表面上に標的細菌の細胞を捕捉するように設計されているナノ多孔質Siに基づいている。私たちは、捕捉プローブとして、多孔質のトランスデューサに固定化モノクローナル抗体を使用しています。我々の研究は、（例えば、細胞溶解など）なし優先検体処理に数分以内に、低濃度の細菌の検出のためのこれらのバイオセンサーの適用可能性を実証する。...

を光学的に検出 E.大腸菌のバクテリア

低温で垂直に整列したカーボンナノチューブの成長方法と、その後の半導体製造による垂直相互接続電気試験構造の作製方法が紹介されています。...

半導体技術との互換性低温カーボンナノチューブ垂直相互接続の作製

本稿のアシストの誘電泳動を示したフローで、自己組織化ナノワイヤ デバイス。シリコン...

誘電泳動の流れ支援: 高性能低温硬化型ナノワイヤ デバイス作製のための低コストの方法

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電解質ゲートによって WS2ナノデバイスにおける電子状態の電界制御

湾曲したイメージ センサーの変形横 NIPIN フォト トランジスタ アレイを作製する詳細な方法を提案します。薄いシリコン島と伸縮金属反るから構成されるメッシュ フォームを使ってフォト トランジスタ アレイは、柔軟性と延伸を提供します。パラメーター ・...

横 NIPIN フォト トランジスタを用いた柔軟な画像センサーの作製

記事は、将来低次元ナノエレクトロニクス研究開発の標準的な信頼性の高い施工を導入を目指します。...

二次元ナノエレクトロニクスを作製する標準および信頼性の高いメソッド

このプロトコルは、細胞内光学バイオ変調のためのシリコンナノワイヤの使用を、簡単かつ容易に行う方法で説明する。この技術は、多様な細胞タイプに適応性が高く、インビトロおよびインビボ用途にも使用できます。...

シリコンナノワイヤと細胞間電気結合の研究のための光刺激

本プロトコルは、電解質依存性グラフェン電界効果トランジスタ(EGGFET)バイオセンサの開発と、バイオマーカー免疫グロブリンG(IgG)検出への応用を実証するものである。...

バイオマーカー検出のための電解質依存性グラフェン電界効果トランジスタの開発と機能化

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高感度バイオセンシングを可能にする溶液依存性インジウム-スズ-酸化物ベースのワンピーストランジスタの作製

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化学とバイオセンシングアプリケーション用のシリコンナノワイヤ電界効果トランジスタの作製

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