Name: 화학 및 바이오 센싱 애플리케이션을위한 실리콘 나노 와이어 전계 효과 트랜지스터의 제조 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-21T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 25 s
Description: 학습하세요 실리콘 나노와이어 전계효과 트랜지스터를 이용한 DNA 바이오프로브 고정 및 고감도 바이오센싱 방법을. 이 기술은 감염병 임상진단에 활용될 수 있습니다.

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이 연구는 대만 과학기술부(104-2514-S-009 -001, 104-2627-M-009-001 및 102-2311-B-009-004-MY3)의 재정 지원을 받았습니다. 장치 제조 및 분석 과정에서 귀중한 지원을 제공해 주신 NDL(National Nano Device Laboratories)에 감사드립니다.

1. 제조 및 pSNWFET 장치의 보존 <ol><li> 디바이스 제조 주 : pSNWFET 이전 23,24을보고 측벽 스페이서 기술을 이용하여 제조 하였다. <ol><li> 게이트 유전체 층을 준비합니다. <ol><li> 100 nm 두께의 열 산화막 (SiO2로) (4 시간 동안 980 ℃에서 O 2와 H 2 처리 가스) 습식 산화 공정 (25)을 이용하여 실리콘 기판상의 층을 모자. </li><li> 4 시간 동안 980 ℃에서 저압 화학 기상 증착 (LPCVD) (25)를 사용하여 50-nm 두께의 질화 (SI 3 N 4) 층을 증착. </li></ol></li><li> 4 시간 동안 780 ℃에서 LPCVD (25)를 이용하여 100 nm의 두께로 테트라 에틸 오르 소 실리케이트 (TEOS) 층을 증착. </li><li> 산화물 더미 구조를 정의하기 위해 I 선 스테퍼를 사용하여 표준 리소그래피를 수행한다. <ol><li> 코트 830-nm 두께의 포토 레지스트 층이 웨이퍼 표면. </li><li> 나는아이 - 라인 스텝퍼에 패턴 정의 포토 마스크 nsert. </li><li> 실온에서 1980 J의 강도가 다음 I 선 스테퍼 (365 nm의 파장)를 사용하여 노광 처리. </li><li> 5 분 동안 현상 제 내의 웨이퍼를 개발한다. </li><li> 유도 1 분간의 HBr 및 CL 플라즈마 가스 플라즈마 에칭 기 (25)에 결합 된 표준을 사용하여 등방성 에칭 처리를 행한다. </li></ol></li><li> LPCVD (25)를 사용하여 100 nm 두께의 비정질 실리콘 (α-시) 층을 증착. </li><li> 다결정 구조로 α-변환시 24 시간 동안 N 2 분위기에서 600 ℃에서 어닐링 공정을 수행한다. </li><li> 낮은 에너지의 소스 / 드레인 (S / D)을 통해 도핑 주입 인 이온 (5E 15cm -2) 25. </li><li> 다결정 실리콘 층을 제거하고, 폴리 실리콘 나노 와이어 (pSNW) (25)을 형성하는 I 선 스테퍼를 사용하여 표준 리소그래피를 수행한다. 참고 : DOP를 이식하는 단계 1.1.3를 반복다결정 실리콘을 제거하고, 자기 정렬 방식으로 실리콘 측벽 채널 형성과 S / D 영역 이외의 장소에서 개미. </li><li> 5 시간 25 780 ℃에서 LPCVD를 이용하여 상기 패시베이션 처리 (200-nm 두께의 TEOS 산화물 층)을 수행한다. </li><li> 두 단계 건식 / 습식 에칭 공정을 사용하여 나노 채널 및 폼 테스트 패드를 노출 I 선 스테퍼를 사용하여 표준 리소그래피를 수행한다. <ol><li> 단계를 반복 1.1.3. </li><li> 습식 에칭 공정을 수행한다 (DHF : HF / 1 분 동안 H 2 O). </li></ol></li></ol></li><li> 웨이퍼 보존 <ol><li> 진공 수납 커버의 웨이퍼를 밀봉하는 전자 건조 캐비닛 (상대 습도 &lt;실온에서 40 %)을 저장한다. </li></ol></li></ol> 장치 2. 전처리 <ol><li> 장치 청소 <ol><li> 순수한 아세톤 장치를 씻어. </li><li> 초음파 처리 (46 kHz에서, 80 W) 10 분 동안 순수 아세톤 장치. </li> &lt;리&gt; 초음파 처리 (46 kHz에서, 80 W) 5 분 동안 순수 에탄올 (99.5 %)의 장치. </li><li> 블로우 건조 질소로 장치의면. </li></ol></li><li> 산소 플라즈마 <ol><li> 30 초 18 W에서 O 2 플라즈마 장치를 취급합니다. </li></ol></li></ol> 장치 표면에 DNA 프로브의 고정화 3. <ol><li> 아민 그룹 수정 <ol><li> 2.0 % (3- 아미노 프로필) 트리에 톡시 실란 (APTES) 30 분 / 에탄올 용액에 장치를 담금. </li><li> 에탄올로 3 회 세척 장치 한 다음 초음파 처리 (46 kHz에서 80 W)를 10 분 동안 에탄올 장치. </li><li> 10 분 SNWs에 아민기를 만드는 120 ℃에서 핫 플레이트 장치를 가열한다. </li></ol></li><li> 알데히드기 수정 <ol><li> 표면에 알데히드기를 만들고, 실온에서 1 시간 동안 12.5 %의 글루 타르 알데히드에서 장치를 담그고. 빛의 노출을 피하십시오. </li><li> 장치 위트을 씻으십시오H 된 10 mM 인산 나트륨 완충액 (Na-PB, pH를 7.0) 3 회, 및 블로우 건조 질소로 장치의면. </li></ol></li><li> DNA 프로브를 고정화 <ol><li> 밤새 1 μM DNA 프로브를 함유하는 용액에 장치를 담금. </li><li> 30 분간의 반응 알데히드기 차단 4.0 밀리미터의 NaBH 3 CN 10 mM 트리스 완충액 (pH 8.0)에서 장치를 담근다. </li><li> PB-나트륨 (PH 7.0)로 3 회 세척 장치 한 후 질소로 디바이스의 표면을 취입 건조. </li></ol></li></ol> pSNWFET에 표면 개질 4. 확인 및 분석 <ol><li> 표면 개질의 각 단계 다음의 pH 프로필 <ol><li> pH가 3.0-9.0에서 10 밀리미터 나-PB를 준비합니다. <ol><li> 탈 이온수 (나 3 PO 4) (pH가 11.60) 수화물 삼 염기 10 mM의 인산 나트륨을 준비합니다. </li><li> 탈 이온수에서 10 밀리미터에게 인산 준비 (H 3 PO 4)(PH 2.35). </li><li> 3.0의 pH 값, 4.0, 5.0로 버퍼를 얻기 위해 pH 값을 측정하면서, 6.0을 10 mM의 나트륨 3 PO 4 완충액 500 ㎖ 중에 pH 전극을 위치시키고 10 mM의 H 3 PO 4 버퍼의 다른 볼륨이 용액을 혼합 7.0, 8.0, 9.0. </li></ol></li><li> AC 컨덕턴스 측정 주 : 측정 회로는 작은 AC 신호 발생기와 액체 게이트 전극 게재 된 금 MICROWIRE 포함. <ol><li> 각 변형 측정 단계 (26)를위한 최적의 액상 게이트 전압 (V LG)을 결정 (2.2, 3.1, 3.2, 3.3 단계). 주 : 디바이스의 전기적 특성이 섹션에 설명 된대로 SNW 네 개의 표면 변형을 측정 한 후. 단계 2.2에서, 네이티브 산화물 층을 포함하는 변성 pSNWFET 수정된다; APTES의 아민기를 가진 장치를 수정 3.1 수반 단계; 단계 3.2 대전 된 변성을 수반글루 타르 알데히드의 작용기; 단계 3.3 DNA 프로브의 변형을 포함한다. <ol><li> SNW과 직접 접촉하는 경우 : 10 mM의 나트륨-PB (PH 7.0) 주사기 펌프를 사용하여 SNW면에 용액을 전달 (5.0 ㎖ / 시간 유속). </li><li> 0.80에서 1.30로 V. V LG 스위핑하면서 장치의 실시간 측정 컨덕턴스 <ol><li> 실온에서 로크의 기법 (27)을 이용하여 전기 전도도 측정을 수행한다. </li><li> 저잡음 전류 프리 앰프를 이용하여 AC 전압 신호로 AC 전류 신호를 변환한다. </li><li> 1.30 V (간격 = 0.02 V)에 0.80에서 V LG 증가에 따라 컨덕턴스 (G) 데이터를 수집합니다. </li></ol></li><li> 장치 (26)의 최적 V의 LG (가장 민감한 V LG)를 결정합니다. <ol><li> 곡선의 방정식을 구하는 단계 4.1.2.1.2.3에서 GV LG 곡선을 그린다. </li><li> DIF방정식을 ferentiate 및 V LG의 각 지점의 값을 계산합니다. </li><li> G가 단계 4.1.2.1.3.2에서 값을 나누고, 최대 수에 따라 최적의 V LG를 결정한다. </li></ol></li></ol></li><li> 표면 개질의 각 단계에서의 pH 프로파일의 실시간 전도도를 측정한다. <ol><li> 실온에서 로크의 기법 (27)을 이용하여 전기 전도도 측정을 수행한다. </li><li> 저잡음 전류 프리 앰프를 이용하여 AC 전압 신호로 AC 전류 신호를 변환한다. </li><li> 표면 개질 (단계 2.2의 각 단계에 대한 최적의 V LG 설정 : V LG를 = 1.02, 3.1 단계는 V를 LG = 0.98, 단계 3.2 : V LG = 0.98, 및 단계 3.3 : V LG = 1.0). </li><li> 5.0 ㎖ / 시간 : 3.0에서 SNW 표면 9.0 (유량의 pH 값을 10 mM의 나트륨-PB 솔루션을 제공) 및 0.01 (V)의 드레인 전압에서 전기 전도도의 데이터를 수집 </li></ol></li></ol></li></ol></li><li> 표면 개질의 각 단계 다음 10 mM의 나트륨-PB (PH 7.0)에서 장치의 전기적 특성 (D는 I - V 곡선 BG)을 측정한다 (단계 2.2, 3.1, 3.2 및 3.3). 주 : 디바이스의 전기적 특성을 SNW 네 개의 표면 변형 후에 측정 하였다 : 단계 2.2에서, 네이티브 산화물 층을 포함하는 변성 pSNWFET 수정된다; 단계 3.1 APTES의 아민기를 가진 장치를 수정해야; 단계 3.2 글루 타르 알데히드의 충전되지 않은 기능 그룹과 수정을 수반; 단계 3.3 DNA 프로브의 변형을 수반한다. <ol><li> SNW과 직접 접촉하는 경우 : 시린지 펌프를 이용하여 (5.0 ㎖ / 시간 유속) (2.2, 3.1, 3.2, 3.3 단계들) 10 mM의 나트륨-PB (PH 7.0)에 SNW면에 용액을 전달한다. </li><li> 는 I D를 측정 </em&gt; 장치의 상업적인 반도체 분석 소프트웨어를 이용하여 (2.2, 3.1, 3.2, 3.3 단계). <ol><li> 은 &quot;nMOSFET 타입&quot;모드를 선택합니다. </li><li> 모듈 - &quot;V의 BG를 내가 D&quot;를 선택합니다. 주 : I가 D 조 드레인 / 소스 전류이고, V는 BG 백 게이트 전압이다. </li><li> 3.0 V에 -1 잠재적 인 게이트 (V BG)을 청소하는 동안 일정한 바이어스 전압 (V의 D = 0.5 V)를 설정합니다 (간격 = 0.2 V). </li><li> V BG 곡선 - I D를 얻기 위해 실행 아이콘을 클릭합니다. </li></ol></li></ol></li></ol> 5. DNA 바이오 센싱 주의 : 전형적인 실험에서 D I - V B의 G 곡선은 더 변동 obse 없다는 것을 보장하기 위해 세 번 판단rved. <ol><li> 기준의 결정 <ol><li> 주사기 펌프를 이용하여 10 분 동안 DNA 프로브 - 고정화 SNW 표면에 10 mM의 나트륨-PB 용액 (PH 7.0)을 제공하는 (유속 : 5.0 ㎖ / 시간)를 한 후 30 분 동안 SNW를 배양한다. </li><li> 장치 (단계를 반복 4.2.2)의 I D를 측정한다. </li></ol></li><li> DNA의 검출 / DNA 혼성화 <ol><li> 주사기 펌프를 이용하여 10 분간 DNA 프로브 - 고정화 SNW 표면 상 부하 오후 10시 상보 적 표적 DNA는 (유속 : 5.0 ㎖ / 시간)를 한 후 30 분 동안 배양 한 SNW. </li><li> 멀리 바운드 타겟 DNA 씻어 : 시린지 펌프를 사용하여 10 분 동안 SNW 표면에 10 mM의 나트륨-PB 용액 (PH 7.0)을 제공 (5.0 ㎖ / 시간 유속). </li><li> 장치의 I D를 측정하는 단계를 반복 4.2.2. </li></ol></li><li> DNA / DNA 혼성화 신호를 재확인. <ol><li> t 상에로드 1 nM의 복구 DNA그 DNA를 주사기 펌프를 사용하여 10 분 동안 SNW 표면 프로브 고정화 (유속 : 5.0 ㎖ / 시간)를 한 후 30 분 동안 배양 한 SNW. </li><li> 주사기 펌프를 이용하여 10 분 동안 SNW 표면에 10 mM의 나트륨-PB 용액 (PH 7.0)을 제공 (5.0 ㎖ / 시간 유속). </li><li> 장치의 I D를 측정하는 단계를 반복 4.2.2. </li></ol></li><li> 음성 대조군 <ol><li> 주사기 펌프를 이용하여 10 분간 DNA 프로브 - 고정화 SNW 표면 상에로드 100 pM의 비 - 상보 적 DNA는 (유속 : 5.0 ㎖ / 시간)를 한 후 30 분 동안 배양 한 SNW. </li><li> 주사기 펌프를 이용하여 10 분 동안 SNW 표면에 10 mM의 나트륨-PB 용액 (PH 7.0)을 제공 (5.0 ㎖ / 시간 유속). </li><li> 장치의 I D를 측정하는 단계를 반복 4.2.2. </li></ol></li></ol>

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하향식 상용화 및 상향식 (bottom-up) 제작은 sSNWFETs에 대한 때문에 비용 32, 33, SNW 위치 제어 34, 35, 및 낮은 생산 규모 36의 어려운 간주됩니다 접근한다. 반면, pSNWFETs를 제작하는 것은 간단하고 저렴한 비용으로 37입니다. 측벽 스페이서 형성 기술 (도 1)과 하향식 접근 및 조합을 통해, SNW의 크기는 반응성 플라즈마 에칭 시간을 조정함으로써 제어 할 수있다. 도 1a에 도시 된 pSNWFET의 나노 와이어를 제조하기위한 절차를 쉽게 상업적 반도체 설비에 적용 할 수있다. 따라서 pSNWFETs 비용 효율성, 간단한 구성 기법과 호환 CMOS 제조 공정 등 여러 가지 장점을 가지고있어 바이오 센서에 적용될 수있다. 반도체 장치의 제조는 대조적으로, 프로세스는 잘 정의 콤rcial 시설, 장치...

실리콘 나노 와이어 전계 효과 트랜지스터 (SNWFETs)은 매우 높은 감도의 장점 및 환경 대전 성 변화를 직접 전기 응답을 갖는다. 음 (또는 양으로) 대전 분자가 실리콘 나노 와이어 (SNW)에 접근 할 때, 예를 들면 n 형 SNWFETs에서 상기 SNW의 캐리어 고갈 된 (또는 축적)된다. 따라서, SNWFET의 도전성이 감소 (또는 증가) 1. 따라서, SNWFET 장치의 SNW 표면 근처에 충전 된 분자를 검출 할 수있다. 세포 표면의 효소, 단백질, 뉴클레오티드, 많은 분자를 비롯한 중요한 생체 분자는 전하 캐리어이며 SNWFETs을 사용하여 모니터링 할 수있다. 특히 SNW에서 생체 분자 프로브를 고정 적절한 수정과 더불어, SNWFET는 라벨없는 바이오 센서로 발전 할 수 있습니다. 바이오 마커를 이용하여 감시 질병 진단에 중요하다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 여러 연구 NWFE 사용한3 결합 단일 바이러스 2, 아데노신 삼인산 및 키나제 포함 T 기반의 라벨없는, 초 고감도위한 바이오 센서 및 다양한 생물학적 표적 실시간 검출, 신경 신호 (4) 금속 이온 5,6- 박테리아 독소 (7), 도파민 (8), DNA 9-11, RNA 12, 13, 효소 및 암 바이오 마커 14-19, 인간 호르몬 (20), 및 사이토 카인 (21, 22). 이 연구는 NWFET 기반의 바이오 센서가 용액에서 생물학 및 화학 종의 다양한위한 강력한 검색 플랫폼을 나타낸다는 것을 증명하고있다. SNWFET 기반 바이오 센서에서, 상기 장치의 SNW 표면에 고정화 된 프로브는 특정 biotarget 인식한다. 바이오 프로브 고정화하는 것은 대개 일련의 단계들을 포함하고, 모든 단계가 적절하게 바이오 센서의 적절한 기능을 보장하기 위해 수행하는 것이 중요하다. 다양한 기술이 S를 분석을 위해 개발되어왔다X 선 광전자 분광법 (XPS), 타원, 접촉각 측정, 원자력 현미경 (AFM) 및 주사 전자 현미경 (SEM)을 포함 urface 조성물. 이러한 XPS, 타원 및 연락처 각도 측정 등의 방법이 다른 유사한 물질에서 수행 병렬 실험에 의존하는 반면, 같은 AFM과 SEM 등의 방법은, 나노 와이어 장치에 바이오 프로브 고정화의 직접적인 증거를 제공합니다. 이 보고서에서 우리는 두 개의 독립적 인 방법을 사용하여 각 수정 단계의 확인에 대해 설명합니다. XPS는 실리콘 웨이퍼의 특정 원자의 농도를 조사하는 데 사용되며, 상기 장치의 전기적 특성의 변화를 직접 SNW 표면 전하의 변화를 확인하기 위해 측정된다. 우리는이 프로토콜을 설명하기 위해 예를 들어 다결정 SNWFETs (pSNWFETs)를 사용하여 DNA의 바이오 센서를 사용한다. SNW 표면 상에 DNA 프로브를 고정화하기 세 단계를 포함 다음 SNW 알의 기본 히드 표면에 아민 기의 변형알데히드 그룹 변경, 5&#39;- aminomodified DNA 프로브 고정화. 표면 전하가 채널 전류 및 컨덕턴스 한 변경 게이트 유전체 상에 로컬 계면 전위 변화를 야기하기 때문에, 각 개질 단계에서, 상기 장치는 직접적 SNW 표면에 고정화 된 작용기의 전하의 변화를 검출 할 수있다. pSNWFET 전기적 디바이스의 전기적 특성을 조절할 수 SNW 표면을 둘러싸 요금; 따라서, SNW의 표면 특성 pSNWFET 소자의 전기적 특성을 결정하는 중요한 역할을한다. 보고 된 절차에서, SNW 표면에 바이오 프로브의 고정화를 직접 결정할 수있다, 전기 측정을 통해 확인하고, 장치는 바이오 센싱 응용 프로그램을 준비한다.

<table><tbody><tr><td>아세톤</td><td>ECHO</td><td>AH-3102</td><td></td></tr> <tr><td>(3-Amonopropyl) triethoxysilane (APTES), &ge; 98%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A3648</td><td>위험</td></tr><tr><td>에탄올, 무수, 99.5%</td><td>ECHO</td><td>484000203108A-72EC</td><td></td></tr><tr><td>글루타르알데히드 용액(GA), 50%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G7651</td><td>가벼운</td></tr><tr><td>시아노보로하이드라이드나트륨을 피하십시오. 95.0%&nbsp;</td><td>Fluka</td><td>71435</td><td>위험과 조해성</td></tr><tr><td>인산나트륨 삼염기성 도데카하이드레이트, &ge; 98%</td><td>Sigma</td><td>04277</td><td></td></tr><tr><td>인산, &ge; 99.0%</td><td>Fluka</td><td>79622</td><td>조해성</td></tr><tr><td>감광액(iP3650)</td><td>Tokyo Ohka Kogyo Co., LTD</td><td>THMR-iP3650 HP</td><td></td></tr><tr><td>합성 올리고뉴클레오티드, HPLC 정제</td><td>Protech Technology</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tris(하이드록시메틸)aminomethane(Tris), &ge; 99.8%</td><td>USB</td><td>75825</td><td></td></tr><tr><td>Keithley 2636 시스템 SourceMeter</td><td>Keithley</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SR830 DSP 락인앰플리파이어</td><td>Stanford Research Systems</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SR570 저노이즈 전류 프리앰프</td><td>Stanford Research Systems</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ni PXI Express</td><td>National Instruments</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

화학 및 바이오 센싱 애플리케이션을위한 실리콘 나노 와이어 전계 효과 트랜지스터의 제조

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

바이오마커를 사용한 감시는 조기 발견, 신속한 개입 및 질병 발병률 감소에 매우 중요합니다. 이 연구에서는 바이오마커 검출을 위한 바이오센싱 장치 역할을 하는 다결정 실리콘 나노와이어 전계 효과 트랜지스터(pSNWFET)의 준비에 대해 설명합니다. pSNWFET를 사용하여 화학 및 생체 분자 감지를 위한 프로토콜이 제시됩니다. pSNWFET 장치는 실시간, 무표지 및 초고감도 생체 감지 응용 제품을 위한 유망한 변환기로 입증되었습니다. pSNWFET의 소스/드레인 채널 전도도는 실리콘 나노와이어(SNW) 표면 주변 환경의 변화에 민감합니다. 따라서 pSNWFET는 SNW 표면에서 프로브를 고정시킴으로써 소분자(도파민)에서 거대분자(DNA 및 단백질)에 이르는 다양한 생물 표적을 검출하는 데 사용할 수 있습니다. 다단계 절차인 SNW 표면에 바이오프로브를 고정하는 것은 바이오센서의 특이성을 결정하는 데 매우 중요합니다. 고정 절차의 모든 단계가 올바르게 수행되는 것이 중요합니다. 우리는 각 수정 단계에 따라 pSNWFET의 전기적 특성의 변화를 직접 관찰하여 표면 변형을 확인했습니다. 또한 X선 광전자 분광법을 사용하여 각 수정 후 표면 구성을 검사했습니다. 마지막으로, pSNWFET에서 DNA 감지를 시연했습니다. 이 프로토콜은 바이오프로브 고정화 및 후속 DNA 바이오센싱 애플리케이션을 검증하기 위한 단계별 절차를 제공합니다.

다양한 SNWFETs는 바이오 센서 (표 1)의 센서 역할을하는 것으로보고되고있다. 단결정 SNWFETs (sSNWFETs) 및 pSNWFETs은 수용액에서 트랜스 듀서로서 유사한 전기적 특성을 보여주고, 두 많은 바이오 센서 응용을 나타내는 것으로보고 된 바있다. 본 연구에 사용 된 pSNWFET 장치의 유리한 특징은 단순하고 저가의 제조 ​​방법이다.도 1a는 pSNWFET 제조에 관련된 주요 단계를 나타낸다. 6 인치 웨이퍼 (도 1b) 및 하나의 장치의 SEM 이미지 (도 1C)에서 다이의 광학 상 (두 SNWs 약 100 폭 nm이고, 길이는 1.6 μm의)을 수득 하였다. 도 2a는 SNW 표면에 D...

우리는 폴리실리콘 나노와이어 전계 효과 트랜지스터를 사용하여 장치 준비, 나노와이어 표면에서 DNA 분자 프로브의 고정 및 확인, DNA 감지 조건을 포함하여 생체 감지를 위한 주요 단계를 설명합니다.

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

이 프로토콜의 전반적인 목적은 폴리실리콘 나노와이어 전계효과 트랜지스터 상에서 바이오프로브의 고정화 및 그에 따른 DNA 바이오센싱을 검증하는 것입니다. 이 방법은 바이오프로브 고정화 및 핵산 검출과 같은 생체 전기 센싱 분야의 중요한 질문들에 대한 해답을 제시하는 데 도움이 될 수 있습니다. 본 연구의 바이오센싱 장치는 실시간, 비노동 집약적이며 고감도의 바이오센싱 응용 분야에 유망한 트랜지스터입니다.이러한 바이오센서의 활용 가능성은 신종 감염병의 임상 진단까지 확장되는데, 이는 특정 바이오 타겟을 신속하고 민감하며 정확하게 검출할 수 있기 때문입니다. 이 방법은 핵산 검출에 대한 통찰력을 제공할 뿐만 아니라 사이토카인, 호르몬, 단백질 및 바이러스와 같은 다른 분자의 검출에도 적용될 수 있습니다. 일반적으로 이 방법에 익숙하지 않은 개인은 생물학 및 전기공학 분야 간의 학제 간 협력이 필요하기 때문에 어려움을 겪을 수 있습니다.다결정 실리콘 나노와이어 전계효과 트랜지스터의 제작 과정은 텍스트 프로토콜에서 다룹니다. 이 소자는 6인치 웨이퍼로 제작되었습니다. 소자 상의 실리콘 나노와이어는 너비가 약 100 nanometers, 길이가 1.6 microns입니다.장치를 전처리하려면, 먼저 전자 제습 보관함에서 장치를 꺼내고 밀봉된 진공 포장지를 엽니다. 순수 아세톤이 담긴 초음파 세척기(Sonicator)에서 바이오센서를 10분 동안 세척합니다. 그 후, 세척액을 순수 에탄올로 교체하고 5분 동안 초음파 세척을 반복합니다.두 번째 세척 후, 질소 가스 흐름을 이용하여 소자를 건조합니다. 다음으로, 18 W의 전력으로 30초 동안 산소 플라스마 처리를 수행합니다. 이제 다음 섹션에서 설명하는 바와 같이, AC 전도도 측정을 수행하고 소자의 드레인 전류 전기적 특성을 측정합니다.그런 다음, 각 변형 단계 이후에 AC 전도도와 드레인 전류를 모두 추가로 측정하면서 장치 표면에 DNA를 고정화합니다. 먼저 pH 프로파일링을 준비합니다. 탈이온수에서 pH 11.6인 10 millimolar sodium phosphate tribasic dodecahydrate 용액을 제조합니다.그 다음, pH 2.35의 탈이온수에 10 mM 인산 용액을 만듭니다. 이제 두 가지 스톡 용액을 혼합하여 pH 값이 3에서 9까지인 10 mM 완충 용액 7종을 제조합니다. 테스트 용액과 미세유체 채널이 준비되면, 락인(lock-in) 기술을 사용하여 실시간 전도도를 측정합니다.소스 패드와 드레인 패드 각각에 두 개의 니들 프로브를 배치합니다. 저잡음 전류 프리앰프를 사용하여 AC 전류 신호를 AC 전압 신호로 변환합니다. 그런 다음 최적의 액체 게이트 전압을 설정하고, 10 millivolts의 드레인 전압에서 전도도를 측정하며 각 완충 용액을 주입합니다.다음으로, 중성 완충액을 사용하여 드레인 전류를 측정합니다. 시린지 펌프를 이용해 pH 7 완충액을 5 mL/h의 속도로 소자에 흘려줍니다. 그 후, 상용 반도체 분석 소프트웨어를 사용하여 N MOSFET 모드에서 드레인 전류를 측정합니다.바이어스 전압을 0.5 V로 설정하고 게이트 전위를 -1 V에서 3 V까지 0.2 V 간격으로 스윕합니다. 이제 테스트를 실행하여 데이터를 얻습니다. 나노와이어 표면을 공유 결합시키기 위해 바이오센서를 2% APTES 에탄올 용액에 30분 동안 침지하는 것으로 시작합니다.그런 다음 바이오센서를 에탄올로 30초 동안 세 번 세척하고, 에탄올이 채워진 초음파 세척기(Sonicator)에서 세척합니다. 이제 실리콘 나노와이어에 아민기를 형성하기 위해 바이오센서를 120°C 표면 위에 10분 동안 둡니다. 가열 단계 이후, 이전 섹션에서 설명한 대로 장치의 측정값을 측정합니다.다음으로, 실리콘 나노와이어에 알데히드기를 생성하기 위해, 10 millimolar 인산나트륨(pH 7)에 희석된 12.5% glutaraldehyde 용액에 장치를 담가 실온에서 1시간 동안 반응시킵니다. 이 단계 동안 빛 노출을 최소화하십시오. glutaraldehyde 처리 후, 10 millimolar 인산나트륨 완충액으로 장치를 3회 세척하며, 회당 30초 동안 세척합니다.그 후 바이오센서를 순수 질소 가스로 건조시키고, 표면 개질 여부를 확인하기 위해 측정값을 얻습니다. 다음 단계로, 바이오센서를 1 µM의 프로브 용액에 담가 하룻밤 동안 배양함으로써 DNA 프로브를 부착합니다. 다음 날, 장치를 10 mM Tris와 4 mM sodium cyanoborohydride 용액에 30분 동안 침지시켜 반응하지 않은 알데하이드 기를 블로킹합니다.그 다음 pH 7의 10 millimolar 인산나트륨 완충액으로 장치를 세 번 세척하고, 이전과 마찬가지로 질소 가스로 장치를 건조시킵니다. 이어서 바이오센서로 사용하기 전에 표면 개질을 확인하기 위한 최종 측정 세트를 수행합니다. 먼저 기선 측정을 시작하십시오.pH 중성 인산나트륨 완충액을 10분 동안 장치에 흘려줍니다. 이 과정 동안 용액의 유량은 항상 5 mL/h로 유지합니다. 이후 30분 동안 대기한 후, pH 중성 완충액을 바이오센서 위로 다시 10분 동안 흘려주고 장치의 전류를 측정합니다.다음으로, 프로브와 상보적인 10 picomoles의 DNA 솔루션을 장치 위로 10분 동안 흘려주어 실리콘 나노와이어 표면에 로딩합니다. 그 후 바이오센서를 30분 동안 배양합니다. 음성 대조군으로는 비상보적 DNA 100 picomoles를 장치에 처리합니다.배양 후, 결합하지 않은 표적 DNA를 씻어내기 위해 pH 중성 완충액을 바이오센서 위로 10분 동안 흘려줍니다. 이 단계 이후, 이전과 동일하게 장치의 전류를 측정합니다. 다음으로, DNA 프로브가 고정된 실리콘 나노와이어 표면에 1nM의 회복 DNA를 10분 동안 로딩합니다.그런 다음 이전과 동일하게 바이오센서를 30분 동안 배양합니다. 마지막으로, 장치 위에 pH 중성 완충액을 10분 더 흘려준 후, 다시 한번 전류 측정을 수행합니다. DNA 프로브를 산화실리콘 표면에 고정시켰으며, 각 수정 단계는 X선 광전자 분광법을 사용하여 확인했습니다.SNW 표면에 천연 산화층이 포함된 수정되지 않은 pSNWFET의 경우, pH 값이 증가함에 따라 하이드록실기가 이온화되어 전하를 띤 그룹을 형성했습니다. 전도도는 서로 다른 pH에서 다르게 나타났을 가능성이 큽니다. 다양한 수정 후 장치의 전기적 특성이 변화한 것은 와이어 표면의 변화를 입증합니다.이러한 실험에서, 수정되지 않은 소자의 전류-전압 곡선을 기준선으로 사용하였습니다. 소자를 APTES에 침지시킨 후, 와이어 표면의 양전하로 인해 소자의 전류-전압 곡선이 왼쪽으로 이동하였습니다. APTES로 수정된 소자에 글루타르알데하이드를 결합시킨 후, 중성 전하의 MI 결합 형성으로 인해 전류-전압 곡선이 다시 오른쪽으로 이동하였습니다.마지막으로, APTES 글루타르알데히드(glutaraldehyde)로 변형된 장치에 결합시키기 위해 5' 말단 아민 변형 DNA 프로브를 도입하였습니다. DNA의 백본으로 인해 전류-전압 곡선이 오른쪽으로 크게 이동하였습니다. 이 영상을 시청한 후에는 폴리실리콘 나노와이어 전계 효과 트랜지스터에서 바이오프로브 고정 및 DNA 감지 응용 방법을 확인하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.숙련된 후에는 적절히 수행될 경우 핵산 검출을 위한 이 준비 기술을 1시간 이내에 완료할 수 있으며, 이는 사전에 수행 가능합니다. 최종 바이오센싱에는 10분 미만이 소요됩니다. 이 절차를 수행하는 동안, 바이오프로브 수식의 각 단계마다 장치의 전기적 특성을 분석하는 것이 중요함을 기억하십시오.이 기술은 반도체 기반 센서 분야의 연구자들이 바이오센싱이라는 더 넓은 응용 분야로 나아갈 수 있는 길을 열어주었습니다. 이러한 절차를 통해, 임상 암 진단과 같은 분야의 추가적인 질문에 답하기 위해 암 바이오마커 프로브를 고정하는 것과 같은 다른 방법들을 수행할 수 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

우리는 제조 장치 및 탄소 나노 튜브 기반의 고주파 바이오 센서를위한 측정 프로토콜을 설명합니다. 높은 주파수 감지 기술은 근본적인 이온 (의 Debye) 선별 효과를 완화하고 기존의 전자 바이오 센서가 실패 높은 이온 강도 솔루션을 운영 할 나노 튜브 바이오 센서 수 있습니다. 우리의 기술은 점의 배려 (POC) 생리학 관련 조건에서 작동하는 전자 바이오 센서의 고유 한 플랫폼을 제공합니다.

높은 이온 강도 솔루션에 감지하기위한 탄소 나노 튜브 고주파 나노 바이오 센서의 제작

실리콘 계면의 표면 도핑에 대한 자세한 절차가 제공됩니다. 매우 얕은 표면 도핑은 인을 함유한 단층과 신속한 어닐링 공정을 사용하여 입증됩니다. 이 방법은 거시적 영역 표면과 나노 구조의 도핑에 사용할 수 있습니다.

유기 화합물을 사용하여 실리콘 표면과 나노 와이어의 단층 연락 도핑

급속한 균 검출 용 라벨없는 광 바이오 센서가 도입된다. 바이오 센서의 표면에 직접 표적 균 세포를 포착하기 위해 디자인 된 나노 다공성 실리콘에 기반하고있다. 우리는 포획 프로브로서, 다공질 변환기에 고정화 된 모노클로 날 항체를 사용한다. 우리의 연구는 (같은 세포 용해와 같은) 더 이전의 샘플 처리와 분 이내에 낮은 세균 농도의 검출에 대해 이러한 바이오 센서의 적용 가능성을 보여줍니다.

의 광학 검출 E. 대장균 박테리아

저온 수직 정렬 탄소 나노튜브의 성장 방법과 반도체 제조를 사용한 수직 상호 연결 전기 테스트 구조의 후속 제작에 대해 설명합니다.

반도체 기술과 호환 저온 탄소 나노 튜브 수직 상호 연결의 제작

이 종이, 흐름 보조 dielectrophoresis에 대 한 설명에 자기 조립의 나노와이어 장치. 실리콘 나노와이어 필드 효과 트랜지스터의 제조는 예를 들어 표시 됩니다.

흐름 기반 Dielectrophoresis: 고성능 솔루션 처리 나노와이어 소자의 제조에 대 한 낮은 비용 방법

여기, 우리는 전해질을 사용 하 여 고체에 반송파 수를 제어 하는 프로토콜을 제시.

전기 필드 컨트롤의 전해질 게이팅 하 여 WS2 나노 전자 상태

우리는 곡선된 이미지 센서에 대 한 변형 측면 NIPIN 포토 트랜지스터 배열 조작 하는 자세한 방법을 제시. 얇은 실리콘 섬과 stretchable 금속 interconnectors의 구성 되는 오픈 메쉬 형태로, 포토 트랜지스터 배열 유연성과 stretchability을 제공 합니다. 매개 변수 분석기 조작된 포토 트랜지스터의 전기 속성 특징.

측면 NIPIN 포토 트랜지스터에 따라 유연한 이미지 센서의 제조

문서 미래의 낮은 차원 일렉트로닉스의 개발에 대 한 표준 및 신뢰할 수 있는 제조 절차를 소개 하는 것을 목표로.

2 차원 일렉트로닉스를 조작 하는 표준 및 신뢰할 수 있는 방법

이 프로토콜은 간단하고 수행하기 쉬운 방법으로 세포의 세포 내 광학 바이오 변조를위한 실리콘 나노 와이어의 사용을 설명합니다. 이 기술은 다양한 세포 유형에 매우 적응력이 뛰어나며 생체 내뿐만 아니라 생체 내 응용 분야에도 사용할 수 있습니다.

실리콘 나노 와이어 및 세포 간 전기 커플링의 조사를위한 광학 자극

본 프로토콜은 전해질 게이팅된 그래핀 전계 효과 트랜지스터(EGGFET) 바이오센서의 개발 및 바이오마커 면역글로불린 G(IgG) 검출에서의 이의 응용을 입증한다.

바이오마커 검출을 위한 전해질 게이팅 그래핀 전계 효과 트랜지스터의 개발 및 기능화

이 프로토콜은 짧고 간단한 프로세스(약 반나절)를 사용하여 용액 게이트 FET 센서(예: pH 센서)로 구성할 수 있는 일체형 인듐-주석-산화물(ITO) 기반 이온 민감성 전계 효과 트랜지스터(ISFET)의 제조를 설명합니다. 이 일체형 ITO-ISFET은 바이오센싱에도 적용할 수 있습니다.

민감한 바이오센싱을 가능하게 하는 용액 개폐 인듐-주석-산화물 기반 일체형 트랜지스터 제작

학습하세요 실리콘 나노와이어 전계효과 트랜지스터를 이용한 DNA 바이오프로브 고정 및 고감도 바이오센싱 방법을. 이 기술은 감염병 임상진단에 활용될 수 있습니다.

화학 및 바이오 센싱 애플리케이션을위한 실리콘 나노 와이어 전계 효과 트랜지스터의 제조

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