Name: Przygotowanie tranzystora polowego z nanodrutu krzemowego do zastosowań chemicznych i biosensorycznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-21T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 25 s
Description: Poznaj metodę przygotowania tranzystora polowego z nanodrutu krzemowego do wykrywania kwasów nukleinowych i zastosowań biosensorycznych w diagnostyce klinicznej chorób zakaźnych.

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

To badanie było finansowane przez Ministerstwo Nauki i Technologii Tajwanu (104-2514-S-009 -001, 104-2627-M-009-001 i 102-2311-B-009-004-MY3). Dziękujemy National Nano Device Laboratories (NDL) za cenną pomoc podczas produkcji i analizy urządzeń.

1. Produkcja i konserwacja urządzeń pSNWFET
<ol>
	<li>Produkcja urządzeń 
	Uwaga: Tranzystor pSNWFET został wyprodukowany przy użyciu techniki przekładki ścian bocznych, jak wcześniej informowano23,24.
	<ol>
		<li>Przygotuj warstwę dielektryczną bramy.
		<ol>
			<li>Pokryć warstwę tlenku termicznego (SiO2) o grubości 100 nm na podłożu Si, stosując proces utleniania na mokro25 (gaz procesowyO2 iH2 w temperaturze 980 °C przez 4 godziny).</li>
			<li>Osadzać warstwę azotku o grubości 50 nm (Si3N4) za pomocą niskociśnieniowego chemicznego osadzania z fazy gazowej (LPCVD)25 w temperaturze 980 °C przez 4 godziny.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Nałóż warstwę ortokrzemianu tetraetylu (TEOS) o grubości 100 nm za pomocą LPCVD25 w temperaturze 780 °C przez 4 godziny.</li>
		<li>Wykonaj standardową litografię za pomocą steppera I-line do zdefiniowania struktur atrap tlenków.
		<ol>
			<li>Pokryj powierzchnię płytki warstwą fotorezystu o grubości 830 nm.</li>
			<li>Wstaw zdefiniowaną we wzorze maskę fotograficzną do steppera I-line.</li>
			<li>Przetwarzaj ekspozycję za pomocą steppera I-line (długość fali: 365 nm) o sile 1,980 J w temperaturze pokojowej.</li>
			<li>Rozwijaj wafel w wywoływaczu przez 5 minut.</li>
			<li>Proces trawienia izotropowego należy przeprowadzić przy użyciu standardowego wytrawiacza plazmowego sprzężonego indukcyjnie25 z gazem plazmowym HBr i Cl przez 1 min.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Osadzanie warstwy krzemu amorficznego (α-Si) o grubości 100 nm przy użyciu LPCVD25.</li>
		<li>Wykonać etap wyżarzania w temperaturze 600 °C w temperaturze otoczenia N2 przez 24 godziny, aby przekształcić α-Si w strukturę polikrystaliczną.</li>
		<li>Implantacja jonów fosforu przez domieszkowanie źródło/drenaż (S/D) przy niskiej energii (5E15 cm−2)25.</li>
		<li>Wykonaj standardową litografię za pomocą steppera I-line, aby usunąć warstwę poli-Si i uformować nanodrut polikrzemowy (pSNW)25. 
		Uwaga: Powtórz krok 1.1.3, aby wszczepić domieszki w miejscach innych niż obszary S/D z usunięciem poli-Si i uformować kanały Si ściany bocznej w sposób samowyrównany.</li>
		<li>Przeprowadź proces pasywacji (warstwa tlenku TEOS o grubości 200 nm) przy użyciu LPCVD w temperaturze 780 °C przez 5 godzin25.</li>
		<li>Wykonaj standardową litografię za pomocą steppera I-line do naświetlenia kanałów nanodrutowych i uformuj podkładki testowe przy użyciu dwuetapowego procesu trawienia na sucho/mokro.
		<ol>
			<li>Powtórz krok 1.1.3.</li>
			<li>Przeprowadź proces trawienia na mokro (DHF: HF/H2O przez 1 min).</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Konserwacja wafli
	<ol>
		<li>Zamknij wafel w worku do przechowywania próżniowego i przechowuj go w elektronicznej suchej szafce (wilgotność względna <40% w temperaturze pokojowej).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Wstępna obróbka urządzenia
<ol>
	<li>Czyszczenie urządzenia
	<ol>
		<li>Opłucz urządzenie czystym acetonem.</li>
		<li>Sonikacja (46 kHz, 80 W) urządzenia w czystym acetonie przez 10 minut.</li>
		<li>Sonikacja (46 kHz, 80 W) urządzenia w czystym etanolu (99,5%) przez 5 minut.</li>
		<li>Wysuszyć powierzchnię urządzenia azotem.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Plazma tlenowa
	<ol>
		<li>Traktuj urządzenie plazmąO2 o mocy 18 W przez 30 sekund.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Unieruchomienie sondy DNA na powierzchni urządzenia
<ol>
	<li>Modyfikacja grup aminowych
	<ol>
		<li>Zanurz urządzenie w 2,0% (3-aminopropylo)trietoksysilanowym (APTES)/roztworze etanolu na 30 minut.</li>
		<li>Umyj urządzenie trzykrotnie etanolem, a następnie poddaj je sonikacji (46 kHz, 80 W) w etanolu przez 10 minut.</li>
		<li>Podgrzej urządzenie na płycie grzejnej w temperaturze 120 °C przez 10 minut, aby utworzyć grupy aminowe na SNW.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Modyfikacja grup aldehydowych
	<ol>
		<li>Zanurz urządzenie w 12,5% aldehydzie glutarowym na 1 godzinę w temperaturze pokojowej, aby utworzyć grupy aldehydowe na powierzchni. Unikaj ekspozycji na światło.</li>
		<li>Umyj urządzenie trzykrotnie 10 mM buforem fosforanu sodu (Na-PB; pH 7,0), a następnie wysusz powierzchnię urządzenia azotem.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Unieruchomienie sondy DNA
	<ol>
		<li>Zanurz urządzenie w roztworze zawierającym 1 μM sondy DNA na noc.</li>
		<li>Zanurz urządzenie w 10 mM buforze Tris (pH 8,0) z 4,0 mM NaBH3CN na 30 minut, aby zablokować nieprzereagowane grupy aldehydowe.</li>
		<li>Umyj urządzenie trzykrotnie Na-PB (pH 7,0), a następnie wysusz powierzchnię urządzenia azotem.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Potwierdzenie i analiza modyfikacji powierzchni na pSNWFET
<ol>
	<li>Profil pH po każdym etapie modyfikacji powierzchni
	<ol>
		<li>Przygotować 10 mM Na-PB o pH 3,0-9,0.
		<ol>
			<li>Przygotować 10 mM trójzasadowego dwunastowodnego fosforanu sodu (Na3PO4) w wodzie dejonizowanej (pH 11,60).</li>
			<li>Przygotować 10 mM kwasu fosforowego (H3PO4) w wodzie dejonizowanej (pH 2,35).</li>
			<li>Umieścić elektrodę pH w 500 ml buforu 10 mM Na3PO4 i wymieszać ten roztwór z różnymi objętościami buforu 10 mMH 3PO4 podczas pomiaru wartości pH w celu uzyskania o wartościach pH 3,0, 4,0, 5,0, 6,0, 7,0, 8,0 i 9,0.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Pomiar przewodności prądu przemiennego 
		Uwaga: Obwód pomiarowy zawierał mały generator sygnału prądu przemiennego i mikroprzewód Au, który służył jako elektroda bramki cieczy.
		<ol>
			<li>Określ optymalne napięcie bramki cieczy (VLG) dla pomiaru26 na każdym etapie modyfikacji (kroki 2.2, 3.1, 3.2 i 3.3). 
			Uwaga: Właściwości elektryczne urządzenia po czterech modyfikacjach powierzchni na SNW zostały zmierzone zgodnie z opisem w tym rozdziale. W kroku 2.2 modyfikowany jest niezmodyfikowany pSNWFET zawierający natywną warstwę tlenku; krok 3.1 polega na modyfikacji urządzenia za pomocą grupy aminowej APTES; Krok 3.2 obejmuje modyfikację z nienaładowaną grupą funkcyjną aldehydu glutarowego; a krok 3.3 obejmuje modyfikację sondy DNA.
			<ol>
				<li>Dostarczyć 10 mM roztwór Na-PB (pH 7,0) na powierzchnię SNW za pomocą pompy strzykawkowej (natężenie przepływu: 5,0 ml/h) do bezpośredniego kontaktu z SNW.</li>
				<li>Zmierz przewodność urządzenia w czasie rzeczywistym podczas zamiatania VLG od 0,80 do 1,30 V.
				<ol>
					<li>Pomiar przewodności należy wykonać przy użyciu techniki lock-in27 w temperaturze pokojowej.</li>
					<li>Zamień sygnały prądu przemiennego na sygnał napięcia przemiennego za pomocą przedwzmacniacza prądowego o niskim poziomie szumów.</li>
					<li>Zbierz dane dotyczące przewodności (G) po zwiększeniu VLG z 0,80 do 1,30 V (przedział = 0,02 V).</li>
				</ol>
				</li>
				<li>Określ optymalny VLG (najbardziej czuły VLG) urządzenia26.
				<ol>
					<li>Wykreślić krzyweG-V LG z kroku 4.1.2.1.2.3, aby uzyskać równanie krzywej.</li>
					<li>Rozróżnij równanie i oblicz wartości w każdym punkcie VLG.</li>
					<li>Podziel wartość z kroku 4.1.2.1.3.2 przez G i określ optymalne VLG zgodnie z maksymalną liczbą.</li>
				</ol>
				</li>
			</ol>
			</li>
			<li>Zmierz przewodność profilu pH w czasie rzeczywistym na każdym etapie modyfikacji powierzchni.
			<ol>
				<li>Pomiar przewodności należy wykonać przy użyciu techniki lock-in27 w temperaturze pokojowej.</li>
				<li>Zamień sygnał prądu przemiennego na sygnały napięciowe prądu przemiennego za pomocą przedwzmacniacza prądowego o niskim poziomie szumów.</li>
				<li>Ustaw optymalne VLG dla każdego kroku modyfikacji powierzchni (krok 2.2: VLG = 1.02, krok 3.1: VLG = 0.98, krok 3.2: VLG = 0.98 i krok 3.3: VLG = 1.0).</li>
				<li>Dostarczyć 10 mM roztwór Na-PB o wartościach pH od 3,0 do 9,0 na powierzchnię SNW (natężenie przepływu: 5,0 ml/h) i zebrać dane dotyczące przewodności przy napięciu drenu 0,01 V.</li>
			</ol>
			</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Pomiar właściwości elektrycznych (krzywa ID-V GG) urządzenia w 10 mM Na-PB (pH 7,0) po każdym etapie modyfikacji powierzchni (kroki 2.2, 3.1, 3.2 i 3.3). 
	Uwaga: Zmierzono właściwości elektryczne urządzenia po czterech modyfikacjach powierzchni na SNW: w kroku 2.2 zmodyfikowany pSNWFET zawierający natywną warstwę tlenku jest modyfikowany; krok 3.1 polega na modyfikacji urządzenia za pomocą grupy aminowej APTES; Krok 3.2 pociąga za sobą modyfikację z nienaładowaną grupą funkcyjną aldehydu glutarowego; a krok 3.3 pociąga za sobą modyfikację sondy DNA.
	<ol>
		<li>Dostarczyć 10 mM roztwór Na-PB (pH 7,0) na powierzchnię SNW (kroki 2.2, 3.1, 3.2 i 3.3) za pomocą pompy strzykawkowej (natężenie przepływu: 5,0 ml/h) do bezpośredniego kontaktu z SNW.</li>
		<li>Zmierz ID urządzenia (kroki 2.2, 3.1, 3.2 i 3.3) za pomocą komercyjnego analizatora półprzewodników i oprogramowania.
		<ol>
			<li>Wybierz tryb "nMOSFET".</li>
			<li>Wybierz moduły "ID-V BG". 
			Uwaga: I D to prąd drenu/źródła, a VBG to napięcie bramki zwrotnej.</li>
			<li>Ustawić stałe napięcie polaryzacji (VD = 0,5 V) podczas przemiatania potencjału bramki (VBG) od -1 do 3,0 V (interwał = 0,2 V).</li>
			<li>Kliknij ikonę Uruchom, aby uzyskać krzywe ID-V BG.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. Biodetekcja DNA
Uwaga: W typowym eksperymencie, krzywa ID-V BG jest wyznaczana trzy razy, aby upewnić się, że nie zaobserwuje się dalszych zmian.
<ol>
	<li>Określenie linii bazowej
	<ol>
		<li>Dostarczyć 10 mM roztwór Na-PB (pH 7,0) do powierzchni SNW unieruchomionej sondą DNA przez 10 minut za pomocą pompy strzykawkowej (szybkość przepływu: 5,0 ml/h), a następnie inkubować SNW przez 30 minut.</li>
		<li>Zmierz ID urządzenia (powtórz krok 4.2.2).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykrywanie hybrydyzacji DNA/DNA
	<ol>
		<li>Załadować 10 pM komplementarnego docelowego DNA na unieruchomioną sondę DNA powierzchnię SNW przez 10 minut za pomocą pompy strzykawkowej (szybkość przepływu: 5,0 ml / h), a następnie inkubować SNW przez 30 minut.</li>
		<li>Dostarczyć 10 mM roztworu Na-PB (pH 7,0) na powierzchnię SNW przez 10 minut za pomocą pompy strzykawkowej (natężenie przepływu: 5,0 ml/h) w celu wypłukania niezwiązanego docelowego DNA.</li>
		<li>Powtórz krok 4.2.2, aby zmierzyć ID urządzenia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Ponownie potwierdź sygnał hybrydyzacji DNA/DNA.
	<ol>
		<li>Załadować odzyskane DNA 1 nM na powierzchnię SNW unieruchomioną sondą DNA przez 10 minut za pomocą pompy strzykawkowej (szybkość przepływu: 5,0 ml / h), a następnie inkubować SNW przez 30 minut.</li>
		<li>Dostarczyć 10 mM roztwór Na-PB (pH 7,0) na powierzchnię SNW przez 10 minut za pomocą pompy strzykawkowej (natężenie przepływu: 5,0 ml/h).</li>
		<li>Powtórz krok 4.2.2, aby zmierzyć ID urządzenia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Kontrola ujemna
	<ol>
		<li>Załadować 100 pM niekomplementarnego DNA na powierzchnię SNW unieruchomioną sondą DNA przez 10 minut za pomocą pompy strzykawkowej (szybkość przepływu: 5,0 ml / h), a następnie inkubować SNW przez 30 minut.</li>
		<li>Dostarczyć 10 mM roztwór Na-PB (pH 7,0) na powierzchnię SNW przez 10 minut za pomocą pompy strzykawkowej (natężenie przepływu: 5,0 ml/h).</li>
		<li>Powtórz krok 4.2.2, aby zmierzyć ID urządzenia.</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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Komercjalizacja odgórnych i oddolnych podejść do produkcji sSNWFET jest uważana za trudną ze względu na koszt32,33, kontrolę pozycji SNW34,35 i niską skalę produkcji36. Z kolei wytwarzanie tranzystorów pSNWFET jest proste i tanie37. Dzięki podejściu odgórnemu i połączeniu z techniką formowania przekładki ścian bocznych (ilustracja 1), rozmiar SNW można kontrolować, dostosowując czas trwania reaktywnego trawienia plazmowego. Procedury przygotowania nanoprzewodów...

Tranzystory polowe z nanodrutu krzemowego (SNWFET) mają zalety ultra-wysokiej czułości i bezpośrednich reakcji elektrycznych na zmiany ładunku otoczenia. Na przykład w SNWFET typu n, gdy ujemnie (lub dodatnio) naładowana cząsteczka zbliża się do nanodrutu krzemowego (SNW), nośniki w SNW są wyczerpane (lub akumulują się). W konsekwencji przewodność SNWFET zmniejsza się (lub wzrasta)1. W związku z tym można wykryć każdą naładowaną cząsteczkę w pobliżu powierzchni SNW urządzenia SNWFET. Niezbędne biomolekuły, w tym enzymy, białka, nukleotydy i wiele cząsteczek na powierzchni komórki, są nośnikami ładunku i mogą być monitorowane za pomocą SNWFET. Dzięki odpowiednim modyfikacjom, w szczególności unieruchomieniu sondy biomolekularnej na SNW, SNWFET może zostać przekształcony w bioczujnik bez znaczników.
Nadzór za pomocą biomarkerów jest kluczowy dla diagnozowania chorób. Jak pokazano w Tabeli 1, w kilku badaniach wykorzystano bioczujniki oparte na NWFET do bezznacznikowego, bardzo czułego i w czasie rzeczywistym wykrywania różnych celów biologicznych, w tym pojedynczego wirusa2, trifosforanu adenozyny i wiązania kinazy3, sygnałów neuronalnych4, jonów metali5,6, toksyn bakteryjnych7, dopaminy8, DNA9-11, RNA12,13, biomarkerów enzymatycznych i nowotworowych14-19, hormonów ludzkich20i cytokin21,22. Badania te wykazały, że bioczujniki oparte na NWFET stanowią potężną platformę wykrywania dla szerokiej gamy gatunków biologicznych i chemicznych w roztworze.
W biosensorach opartych na SNWFET, sonda unieruchomiona na powierzchni SNW urządzenia rozpoznaje konkretny cel biologiczny. Unieruchomienie biosondy zwykle obejmuje szereg kroków i bardzo ważne jest, aby każdy krok był prawidłowo wykonany, aby zapewnić prawidłowe działanie bioczujnika. Opracowano różne techniki analizy składu powierzchni, w tym rentgenowską spektroskopię fotoelektronów (XPS), elipsometrię, pomiar kąta zwilżania, mikroskopię sił atomowych (AFM) i skaningową mikroskopię elektronową (SEM). Metody takie jak AFM i SEM dostarczają bezpośrednich dowodów na unieruchomienie sondy biologicznej na urządzeniu nanoprzewodowym, podczas gdy metody takie jak XPS, elipsometria i pomiar kąta zwilżania są zależne od równoległych eksperymentów przeprowadzonych na innych podobnych materiałach. W tym raporcie opisujemy potwierdzenie każdego kroku modyfikacji przy użyciu dwóch niezależnych metod. XPS służy do badania stężeń określonych atomów na płytkach polikrzemowych, a zmiany właściwości elektrycznych urządzenia są mierzone bezpośrednio w celu potwierdzenia zmian ładunku na powierzchni SNW. Wykorzystujemy biodetekcję DNA, używając polikrystalicznych tranzystorów SNWFET (pSNWFET) jako przykładu w celu zilustrowania tego protokołu. Unieruchomienie sondy DNA na powierzchni SNW obejmuje trzy etapy: modyfikację grupy aminowej na natywnej powierzchni hydroksylowej SNW, modyfikację grupy aldehydowej i immobilizację sondy DNA 5'-aminomodyfikowaną. Na każdym etapie modyfikacji urządzenie może bezpośrednio wykryć zmianę ładunku grupy funkcyjnej unieruchomionej na powierzchni SNW, ponieważ ładunki powierzchniowe powodują lokalne zmiany potencjału międzyfazowego na dielektryku bramki, które zmieniają prąd kanału i przewodność1. Ładunki otaczające powierzchnię SNW mogą elektrycznie modulować właściwości elektryczne urządzenia pSNWFET; w związku z tym właściwości powierzchni SNW odgrywają kluczową rolę w określaniu charakterystyki elektrycznej urządzeń pSNWFET. W raportowanych procedurach unieruchomienie biosondy na powierzchni SNW może być bezpośrednio określone i potwierdzone za pomocą pomiaru elektrycznego, a urządzenie jest przygotowane do zastosowań biosensorycznych.

<table><tbody><tr><td>Aceton</td><td>ECHO</td><td>AH-3102</td><td></td></tr><tr><td>(3-amonopropylo)trietoksysilan (APTES), &ge; 98%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A3648</td><td>Niebezpieczny</td></tr><tr><td>etanol, bezwodny, 99,5%</td><td>ECHO</td><td>484000203108A-72EC</td><td></td></tr><tr><td>Roztwór aldehydu glutarowego (GA), 50%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G7651</td><td>Unikaj lekkiego</td></tr><tr><td>cyjanoborowodorku sodu, &ge; 95.0%&nbsp;</td><td>Fluka</td><td>71435</td><td>Niebezpieczeństwo i rozpływanie</td></tr><tr><td>się Fosforan sodu trójzasadowy dwunastowodny, &ge; 98%</td><td>Sigma</td><td>04277</td><td></td></tr><tr><td>Kwas fosforowy, &ge; 99,0%</td> <td>Fluka</td><td>79622</td><td>Rozpływający</td></tr> się <tr><td>fotorezystuł (iP3650)</td><td>Tokyo Ohka Kogyo Co., LTD</td><td>THMR-iP3650 HP</td><td></td></tr><tr><td>Syntetyczne oligonukleotydy, oczyszczone HPLC</td><td>Protech Technology</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tris (hydroksymetylo) aminometan (Tris), &ge; 99,8%</td><td>USB</td><td>75825</td><td></td></tr><tr><td>Keithley 2636 System SourceMeter</td><td>Keithley</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SR830 DSP Lock-In Amplifier</td><td>Stanford Research Systems</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SR570 Niskoszumowy przedwzmacniacz prądowy</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>

przygotowanie tranzystora polowego z nanodrutu krzemowego do zastosowań chemicznych i biosensorycznych

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

Nadzór za pomocą biomarkerów ma kluczowe znaczenie dla wczesnego wykrywania, szybkiej interwencji i zmniejszenia częstości występowania chorób. W niniejszej pracy opisano przygotowanie polikrystalicznych tranzystorów polowych z nanodrutu krzemowego (pSNWFET), które służą jako urządzenia biosensoryczne do wykrywania biomarkerów. Przedstawiono protokół detekcji chemicznej i biomolekularnej z wykorzystaniem tranzystorów pSNWFET. Wykazano, że urządzenie pSNWFET jest obiecującym przetwornikiem do zastosowań biosensorycznych w czasie rzeczywistym, bez znaczników i o bardzo wysokiej czułości. Przewodność kanału źródłowego/drenowego tranzystora pSNWFET jest wrażliwa na zmiany w środowisku wokół powierzchni nanodrutu krzemowego (SNW). Tak więc, poprzez unieruchomienie sond na powierzchni SNW, pSNWFET może być używany do wykrywania różnych celów biodocelowych, od małych cząsteczek (dopamina) po makrocząsteczki (DNA i białka). Unieruchomienie biosondy na powierzchni SNW, które jest procedurą wieloetapową, ma kluczowe znaczenie dla określenia specyficzności biosensora. Istotne jest, aby każdy etap procedury unieruchomienia został wykonany prawidłowo. Zweryfikowaliśmy modyfikacje powierzchni, bezpośrednio obserwując zmianę właściwości elektrycznych pSNWFET po każdym kroku modyfikacji. Dodatkowo wykorzystano rentgenowską spektroskopię fotoelektronów do zbadania składu powierzchni po każdej modyfikacji. Na koniec zademonstrowaliśmy wykrywanie DNA na pSNWFET. Protokół ten zawiera procedury krok po kroku dotyczące weryfikacji unieruchomienia biosondy i późniejszego zastosowania bioczujnika DNA.

W literaturze opisano różne tranzystory polowe z nanowłókien półprzewodnikowych (SNWFET), które służą jako przetworniki biosensorów (Tabela 1). Pojedynczo krystaliczne SNWFET (sSNWFET) oraz pSNWFET wykazują porównywalne właściwości elektryczne jako przetworniki w roztworach wodnych i oba typy były stosowane w wielu aplikacjach biosensorycznych. Zaletą urządzenia pSNWFET wykorzystanego w niniejszym badaniu jest prosta i niskokosztowa procedura jego wytwarzania. Na ...

Opisujemy kluczowe etapy biodetekcji za pomocą tranzystorów polowych z polikrzemu nanoprzewodowego, w tym przygotowanie urządzenia oraz immobilizację i potwierdzenie sondy molekularnej DNA na powierzchni nanodrutu, a także warunki do wykrywania DNA.

Przygotowanie tranzystora polowego z nanodrutu krzemowego do zastosowań chemicznych i biosensorycznych

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

Ogólnym celem niniejszego protokołu jest weryfikacja immobilizacji biosondy oraz następującego po niej biosensowania DNA na tranzystorach polowych z nanowire'ów polikrzemowych. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na istotne pytania z dziedziny biosensowania bioelektrycznego, takie jak immobilizacja biosondy i detekcja kwasów nukleinowych. Nasze urządzenie biosensoryczne jest obiecującym tranzystorem do zastosowań w wysokoczułym biosensowaniu w czasie rzeczywistym, niewymagającym dużego nakładu pracy.Zastosowania tych biosensorów rozciągają się na diagnostykę kliniczną nowo pojawiających się chorób zakaźnych, ponieważ pozwalają one na szybkie, czułe i dokładne wykrywanie specyficznych celów biologicznych. Chociaż metoda ta umożliwia analizę detekcji kwasów nukleinowych, może być ona również zastosowana do wykrywania innych cząsteczek, takich jak cytokiny, hormony, białka i wirusy. Zazwyczaj osoby rozpoczynające pracę z tą metodą mogą napotkać trudności, ponieważ wymaga ona współpracy interdyscyplinarnej pomiędzy dziedzinami biologii i inżynierii elektrycznej.Przygotowanie tranzystora polowego z polikrystalicznych nanodrutów krzemowych opisano w protokole tekstowym. Urządzenie zostało wykonane z sześciocalowego wafla. Nanodruty krzemowe w urządzeniu mają szerokość około 100 nanometrów i długość 1,6 mikrona.Aby przygotować urządzenie, należy najpierw wyjąć je z szafki do suszenia elektronicznego i otworzyć szczelne opakowanie próżniowe, w którym się znajduje. Biosensor należy czyścić w myjce ultradźwiękowej wypełnionej czystym acetonem przez 10 minut. Następnie należy wymienić kąpiel na czysty etanol i powtórzyć proces sonikacji przez kolejne pięć minut.Po tej drugiej kąpieli należy wysuszyć urządzenie strumieniem gazu azotowego. Następnie urządzenie należy poddać działaniu plazmy tlenowej przy mocy 18 W przez 30 sekund. Teraz należy przeprowadzić pomiary przewodności AC oraz zmierzyć właściwości elektryczne prądu drenu w urządzeniu, zgodnie z wyjaśnieniami w następnej sekcji.Następnie należy przystąpić do unieruchamiania DNA na powierzchni urządzenia, wykonując dodatkowe pomiary – zarówno przewodności AC, jak i prądu drenu – po każdej modyfikacji. Najpierw przygotuj się do profilowania pH. Przygotuj 10 milimolarny roztwór fosforanu sodu trzasadowego dwunastowodnego w wodzie dejonizowanej, który ma pH 11,6.Następnie należy przygotować 10 milimolarny roztwór kwasu fosforowego w wodzie dejonizowanej o pH 2,35. Teraz należy przygotować siedem 10 milimolarnych roztworów buforowych o wartościach pH w zakresie od trzech do dziewięciu, mieszając oba roztwory wyjściowe. Po przygotowaniu roztworów testowych i kanału mikroprzepływowego należy zmierzyć konduktancję w czasie rzeczywistym, stosując technikę lock-in.Umieść dwie sondy igłowe na każdym z elektrod źródła i odpływu. Przekształć sygnał prądu przemiennego w sygnał napięcia przemiennego, używając niskoszumowego przedwzmacniacza prądowego. Następnie ustaw optymalne napięcie bramki cieczowej i przystąp do podawania każdego z roztworów buforowych, mierząc przewodność przy napięciu odpływu wynoszącym 10 millivolts.Następnie zmierz prąd drenu przy użyciu buforu neutralnego. Doprowadź bufor o pH 7 na urządzenie z pompy strzykawkowej z prędkością 5 mL/h. Następnie, korzystając z komercyjnego oprogramowania do analizy półprzewodników, zmierz prąd drenu w trybie N-MOSFET.Ustaw napięcie polaryzacyjne na 0,5 V i przeskanuj potencjał bramki od -1 do 3 V w odstępach 0,2 V. Następnie przeprowadź test i uzyskaj dane. Rozpocznij od zanurzenia biosensora w 2% APTES w etanolu na 30 minut w celu kowalencyjnego powiązania powierzchni nanodrutu.Następnie przemyj biosensor trzy razy przez 30 sekund etanolami, a następnie wyczyść go w sonikatorze wypełnionym etanolem. Teraz, aby stworzyć grupy aminowe na nanodrutach krzemowych, umieść biosensor na powierzchni o temperaturze 120°C na 10 minut. Po etapie ogrzewania wykonaj pomiary urządzenia zgodnie z opisem w poprzedniej sekcji.Następnie, aby utworzyć grupy aldehydowe na nanowłóknach krzemowych, zanurz urządzenie w 12,5% glutaraldehydu w 10 milimolarnym fosforanie sodu o pH 7 na jedną godzinę w temperaturze pokojowej. Ogranicz ekspozycję na światło podczas tego etapu. Po traktowaniu glutaraldehydem przemyj urządzenie 10 milimolarnym buforem fosforanowym sodu trzykrotnie, przez 30 sekund podczas każdego płukania.Następnie wysuszyć biosensor strumieniem czystego azotu i przeprowadzić pomiary w celu potwierdzenia modyfikacji powierzchni. Kolejnym krokiem jest inkubacja biosensora w roztworze sondy o stężeniu 1 µM przez noc w celu unieruchomienia sondy DNA. Następnego dnia zablokować niezwiązane grupy aldehydowe, zanurzając urządzenie na pół godziny w 10 mM Tris z dodatkiem 4 mM cyjanoborowodorku sodu.Następnie trzykrotnie przemyj urządzenie 10 mM buforem fosforanowym sodu o pH 7, a następnie osusz je strumieniem gazu azotowego, tak jak poprzednio. Wykonaj ostatni zestaw pomiarów w celu potwierdzenia modyfikacji powierzchni przed przystąpieniem do wykorzystania urządzenia jako biosensora. Rozpocznij od wykonania pomiaru linii bazowej.Przepłucz urządzenie neutralnym pod względem pH buforem fosforanowym sodu przez 10 minut. Podczas tej procedury szybkość przepływu roztworu wynosi stale 5 ml/h. Następnie odczekaj 30 minut, ponownie przepłucz biosensor neutralnym buforem przez 10 minut i zmierz prąd urządzenia.Następnie nanieś 10 pikomoli DNA, komplementarnego do sondy, na powierzchnię nanodrutów krzemowych, przepływając roztwór przez urządzenie przez 10 minut. Następnie inkubuj biosensor przez 30 minut. Jako kontrolę negatywną nanieś na urządzenie 100 pikomoli DNA niekomplementarnego.Po inkubacji przepłucz biosensor buforem o neutralnym pH przez 10 minut, aby usunąć niezwiązaną docelową cząsteczkę DNA. Po tym kroku zmierz prąd urządzenia w taki sam sposób jak poprzednio. Następnie na powierzchnię nanodrutu krzemowego z unieruchomioną sondą DNA nanieś 1 nM DNA regeneracyjnego na 10 minut.Następnie inkubuj biosensor przez 30 minut, tak jak wcześniej. Na koniec przepuść bufor o neutralnym pH przez urządzenie przez kolejne 10 minut, a następnie ponownie wykonaj pomiary prądu. Sonda DNA została unieruchomiona na powierzchni tlenku krzemu, a każdy etap modyfikacji potwierdzono za pomocą spektroskopii fotoelektronów emitowanych w promieniach rentgenowskich.W przypadku niemodyfikowanego pSNWFET zawierającego natywną warstwę tlenku na powierzchni SNW, grupy hydroksylowe ulegały jonizacji, tworząc grupy naładowane wraz ze wzrostem wartości pH. Konduktancja prawdopodobnie zmieniała się przy różnych wartościach pH. Zmiana właściwości elektrycznych urządzenia po różnych modyfikacjach potwierdza zmianę powierzchni drutu.W tego typu eksperymentach krzywa prądowo-napięciowa niemodyfikowanego urządzenia służyła jako punkt odniesienia. Po zanurzeniu urządzenia w APTES krzywa prądowo-napięciowa urządzenia przesunęła się w lewo ze względu na ładunek dodatni na powierzchni drutu. Po sprzężeniu glutaraldehydu z urządzeniem zmodyfikowanym APTES krzywa prądowo-napięciowa przesunęła się z powrotem w prawo z powodu powstania neutralnie naładowanych wiązań MI.Na koniec wprowadzono sondę DNA modyfikowaną aminą na końcu 5', aby związała się z urządzeniem modyfikowanym glutaraldehydem i APTES. Szkielet DNA spowodował przesunięcie krzywej prądowo-napięciowej daleko w prawo. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś mieć dobrą wiedzę na temat tego, jak potwierdzić unieruchomienie biosondy oraz zastosowanie detekcji DNA w tranzystorach polowych z nanowłókien polikrzemowych.Po opanowaniu tej techniki przygotowania do detekcji kwasów nukleinowych, przy prawidłowym przeprowadzeniu, proces ten można zrealizować w ciągu jednej godziny, co pozwala na wcześniejsze przygotowanie próbek. Końcowy pomiar biosensoryczny trwa mniej niż 10 minut. Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby na każdym etapie modyfikacji biosondy analizować właściwości elektryczne urządzenia.Technika ta utorowała drogę badaczom z zakresu czujników opartych na półprzewodnikach do szerszego zastosowania biosensorów. Po przeprowadzeniu tych procedur można zastosować inne metody, takie jak unieruchamianie sondy biomarkera nowotworowego, w celu udzielenia odpowiedzi na dodatkowe pytania w dziedzinach takich jak kliniczna diagnostyka nowotworów.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Opisujemy protokół produkcji i pomiaru urządzeń dla biosensorów wysokiej częstotliwości opartych na nanorurkach węglowych. Technika wykrywania wysokiej częstotliwości łagodzi podstawowy efekt ekranowania jonowego (Debye) i umożliwia pracę biosensora z nanorurkami w roztworach o wysokiej sile jonowej, w których zawodzą konwencjonalne bioczujniki elektroniczne. Nasza technologia stanowi unikalną platformę dla elektronicznych bioczujników przyłóżkowych (POC) działających w warunkach fizjologicznie...

Wytwarzanie nanoelektronicznego biosensora wysokiej częstotliwości z nanorurek węglowych do wykrywania w roztworach o wysokiej sile jonowej

Szczegółowa procedura domieszkowania powierzchni interfejsów krzemowych jest podana. Ultrapłytkie domieszkowanie powierzchni jest demonstrowane poprzez zastosowanie monowarstw zawierających fosfor i szybki proces wyżarzania. Metoda może być stosowana do domieszkowania makroskopowych powierzchni powierzchniowych, a także nanostruktur.

Jednowarstwowe domieszkowanie kontaktowe powierzchni krzemowych i nanodrutów przy użyciu związków fosforoorganicznych

Wprowadzono bezetykietowy optyczny biosensor do szybkiego wykrywania bakterii. Bioczujnik oparty jest na nanostrukturalnym porowatym krzemie, który został zaprojektowany tak, aby bezpośrednio wychwytywać docelowe komórki bakteryjne na swojej powierzchni. Używamy przeciwciał monoklonalnych, unieruchomionych na porowatym przetworniku, jako sond wychwytujących. Nasze badania pokazują możliwość zastosowania tych bioczujników do wykrywania niskich stężeń bakterii w ciągu kilku minut bez...

Optyczne wykrywanie bakterii E. coli za pomocą mezoporowatych biosensorów krzemowych

Przedstawiono metodę hodowli niskotemperaturowych, pionowo ustawionych nanorurek węglowych, a następnie wytwarzania pionowych struktur testowych połączeń elektrycznych przy użyciu wytwarzania półprzewodników.

Produkcja niskotemperaturowych pionowych połączeń z nanorurek węglowych kompatybilnych z technologią półprzewodnikową

W tym artykule pokazano dielektroforezę wspomaganą przepływem dla samoorganizacji urządzeń nanoprzewodowych. Jako przykład pokazano wytwarzanie tranzystora polowego z nanodrutu krzemowego.

Dielektroforeza wspomagana przepływem: tania metoda wytwarzania wysokowydajnych urządzeń nanoprzewodowych przetwarzalnych w roztworze

Tutaj prezentujemy protokół do kontrolowania liczby nośników w ciałach stałych za pomocą elektrolitu.

Sterowanie polem elektrycznym stanów elektronowych w nanourządzeniach WS2 za pomocą bramkowania elektrolitu

Przedstawiamy szczegółową metodę wytwarzania odkształcalnej bocznej matrycy fototranzystorów NIPIN dla zakrzywionych czujników obrazu. Matryca fototranzystorów o otwartej formie siatki, która składa się z cienkich wysp krzemowych i rozciągliwych metalowych łączników, zapewnia elastyczność i rozciągliwość. Analizator parametrów charakteryzuje właściwości elektryczne wyprodukowanego fototranzystora.

Wykonanie elastycznego przetwornika obrazu opartego na bocznych fototranzystorach NIPIN

Artykuł ma na celu wprowadzenie standardowej i niezawodnej procedury produkcji dla rozwoju przyszłej niskowymiarowej nanoelektroniki.

Standardowa i niezawodna metoda wytwarzania dwuwymiarowej nanoelektroniki

Ten protokół opisuje użycie nanoprzewodów krzemowych do wewnątrzkomórkowej optycznej biomodulacji komórki w prosty i łatwy do wykonania sposób. Technika ta jest wysoce elastyczna i może być stosowana zarówno do zastosowań in vitro, jak i in vivo.

Nanodruty krzemowe i stymulacja optyczna do badań wewnątrz- i międzykomórkowego sprzężenia elektrycznego

Obecny protokół demonstruje rozwój biosensora grafenowego tranzystora polowego (EGGFET) bramkowanego elektrolitem i jego zastosowanie w wykrywaniu biomarkerów immunoglobuliny G (IgG).

Opracowanie i funkcjonalizacja grafenowego tranzystora polowego bramkowanego elektrolitem do detekcji biomarkerów

Protokół ten opisuje wytwarzanie jednoczęściowego tranzystora polowego (ISFET) na bazie tlenku indu i cyny (ITO), który może być skonstruowany jako czujnik FET bramkowany roztworem (np. czujnik pH) przy użyciu krótkiego i prostego procesu (około pół dnia). Ten jednoczęściowy tranzystor ITO-ISFET może być również stosowany do biodetekcji.

Wytwarzanie jednoczęściowego tranzystora na bazie tlenku indu i cyny z bramką rozpuszczającą, umożliwiającego czułą biodetekcję

Poznaj metodę przygotowania tranzystora polowego z nanodrutu krzemowego do wykrywania kwasów nukleinowych i zastosowań biosensorycznych w diagnostyce klinicznej chorób zakaźnych.

Przygotowanie tranzystora polowego z nanodrutu krzemowego do zastosowań chemicznych i biosensorycznych

Przeglądaj więcej filmów