Name: Fabricação de um transistor de peça única à base de óxido de índio-estanho dependente de solução que permite biossensoriamento sensível (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-08-29T14:40:00.000+00:00
Duration: 10 min 45 s
Description: Aprenda a fabricar um transistor ISFET de peça única baseado em ITO para biossensoriamento sensível de pH. Este método rápido utiliza tecnologia all-by-ITO com integração completa de eletrodos e canal sem interfaces.

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<ol><li>Sakata, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biologically+coupled+gate+field-effect+transistors+meet+in+vitro+diagnostics%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Omega%22%5BJournal%5D)">Biologically coupled gate field-effect transistors meet in vitro diagnostics.</a> ACS Omega. 4 (7), 11852-11862 (2019).</li>
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Um transistor de efeito de campo sensível a íons (ISFET) controlado por solução foi proposto para detectar íons em ambientes biológicos1. Neste dispositivo, uma solução eletrolítica induz o potencial interfacial entre a solução e o isolador da porta em vez de uma porta metálica em um transistor semicondutor de óxido metálico (MOS), embora seja essencial usar um eletrodo de referência na solução. Um isolador de porta é composto principalmente de membranas de óxido ou nitreto, como Ta2O5, Al2O3, SiO2 e Si3N4; portanto, os grupos hidroxila na superfície de óxido ou nitreto em uma solução atingem o estado de equilíbrio com íons de hidrogênio por protonação (−OH + H+<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/68755/68755eq1.jpg" style="margin: auto;">−OH2+) e desprotonação (−OH <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/68755/68755eq1.jpg" style="margin: auto;">−O- + H+) porque a mudança no pH é detectada a partir da mudança na carga superficial com base no princípio do efeito de campo 2,3 (Figura suplementar 1). É por isso que o sensor ISFET original ainda é utilizado como um sensor de pH. Esses sensores ISFET têm principalmente um substrato de silício, mas vários materiais semicondutores foram recentemente aplicados a sensores ISFET sensíveis ao pH, que exigem que o isolador da porta ou a superfície do canal em contato com a solução eletrolítica seja coberta por grupos funcionais, como grupos hidroxi, grupos carboxi e grupos amino 4,5,6,7,8,9.
Tal ISFET dependente de solução, cujo isolador de porta ou superfície de canal é modificado com receptores biologicamente ou quimicamente ativos, tem sido aplicado a biossensores portáteis, que podem ser incorporados em alguns dispositivos eletrônicos 10,11,12. Este FET de porta (canal) biologicamente acoplado, muitas vezes chamado de bio-FET, deve realizar biossensoriamento quantitativo e seletivo detectando cargas de biomoléculas ou íons incluídos nos fluidos corporais. Além disso, vários materiais de baixa dimensão foram recentemente utilizados para aumentar a sensibilidade dos bio-FETs, como MoS2, WSe213,14, grafeno15,16 e nanofios de Si17,18. No entanto, a complexidade associada à estrutura e aos processos de fabricação tem dificultado o uso generalizado de bio-FETs de baixa dimensão, uma vez que geralmente requerem materiais díspares para o canal, eletrodos de fonte/drenagem e filme isolante de porta.
Nosso trabalho anterior revelou que uma folha de uma peça de óxido de índio e estanho (ITO) pode funcionar como um bio-FET bidimensional (2D) com base no fato de que o ITO, que é um óxido condutor, torna-se semicondutor quando sua espessura é tão pequena quanto ~ 20 nm 19,20,21,22. Ao gravar a parte central de um único filme fino de ITO condutor com uma solução ácida para torná-lo ultrafino, o que permite a fabricação do ITO de peça única com um canal semicondutor, os eletrodos de fonte e drenagem e o canal sem interfaces podem ser totalmente integrados21,22. Em seguida, a superfície do canal ITO é embebida em soluções de amostra com um eletrodo de referência, funcionalizando assim como um ITO-ISFET dependente de solução. O ITO-ISFET de peça única dependente de solução mostra uma inclinação subliminar (SS) mais acentuada, que é atribuída principalmente ao contato direto da superfície do canal ITO com uma solução de amostra, em comparação com um ISFET convencional baseado em silício dependente de solução (Figura Suplementar 1B). Isso significa que uma capacitância elétrica de camada dupla relativamente grande na interface canal/solução ITO atua como um fator dominante que determina SS 19,20,21,22. Além disso, o ITO-ISFET de peça única dependente de solução mostra responsividade de pH de acordo com uma relação termodinâmica química (ou seja, equação de Nernst)4,19,21. A superfície do canal ITO, que está em contato com uma solução aquosa, possui convenientemente grupos hidroxi que mantêm um estado de equilíbrio com íons de hidrogênio com cargas positivas, dependendo do pH, da mesma maneira que outras membranas de óxido ou nitreto 2,3. Além disso, ao funcionalizar o ITO-ISFET de peça única dependente de solução, foi possível detectar biomoléculas como vírus e moléculas de DNA20,22.
Este artigo descreve uma maneira simples e rápida de fabricar um ITO-ISFET de peça única com dependência de solução para biossensoriamento. Em particular, os processos de fotolitografia e gravação para a fabricação são simplesmente usados e, em seguida, uma solução eletrolítica é adicionada à superfície do canal ITO com um eletrodo de referência; ou seja, uma solução de amostra serve como um eletrodo de porta de solução. Portanto, o ITO-ISFET de peça única dependente de solução funciona como um sensor de pH obtido pelo processo de fabricação que leva apenas meio dia.

<table><tbody><tr><td>1M HCl</td><td>FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.</td><td>083-01095</td><td></td></tr><tr><td>2-propanol</td><td>FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.</td><td>166-04831</td><td></td></tr><tr><td>Acetona</td><td>FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.</td><td>019-00353</td><td></td></tr><tr><td>Fio Ag</td><td>A Nilaco Corp.</td><td>AG-401385</td><td></td></tr><tr><td>Ágar</td><td>FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.</td><td>010-15815</td><td></td></tr><tr><td>Padrão de solução tampão (solução equimolal padrão de pH de fosfato) pH6,86 (25 graus C)</td><td>FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.</td><td>025-03195</td><td></td></tr><tr><td>Padrão de solução tampão (solução padrão de pH de ftalato) pH4,01 (25 graus C)</td><td>FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.</td><td>028-03185</td><td></td></tr><tr><td>Padrão de solução tampão (solução padrão de pH tetraborato) pH9,18 (25 graus C)</td><td>FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.</td><td>028-03205</td><td></td></tr><tr><td>Fita de carbono</td><td>Nisshin-EM</td><td>7321</td><td></td></tr><tr><td>Analisador eletroquímico</td><td>Instrumento BAS</td><td>618 E</td><td></td></tr><tr><td>Máscara de filme</td><td>Fornecedor:UnnoGiken Co., Ltd.</td><td></td><td>sob medida</td></tr><tr><td>Placa quente</td><td>Como uma corporação.</td><td>ND-1</td><td></td></tr><tr><td>Metanol</td><td>FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.</td><td>137-01823</td><td></td></tr><tr><td>Micro vidro de cobertura</td><td>Matsunami Vidro Ind., Ltd</td><td>12 vezes; 24 No.5</td><td>para substrato de vidro</td></tr><tr><td>Micropipeta</td><td>Eppendorf SE</td><td>3123000055</td><td></td></tr><tr><td>NMD-3</td><td>Fornecedor:Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.</td><td>NMD-3</td><td></td></tr><tr><td>OFPR-800</td><td>Fornecedor:Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.</td><td>OFPR-800</td><td></td></tr><tr><td>Solução-padrão de pH fosfato</td><td>FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.</td><td>166-17445</td><td></td></tr><tr><td>Máquina de fotolitografia</td><td>Neutronix Quintel</td><td>PhL Q-2001CT</td><td></td></tr><tr><td>Pottasium Chrolide</td><td>FUJIFILM Wako Pure Chemicals Corp.</td><td>163-03545</td><td></td></tr><tr><td>Analisador de parâmetros de dispositivos semicondutores</td><td>Visão de chave</td><td>B1500A</td><td>Versão softwere: rev 5 e 6</td></tr><tr><td>Analisador de parâmetros de dispositivos semicondutores Unidades de medida de origem</td><td>Visão de chave</td><td>B1517A</td><td>para fonte, dreno e portão&nbsp; &nbsp;</td></tr><tr><td>Dispositivo semicondutor Dispositivo Analisador de Parâmetros Dispositivo Acessório de Teste</td><td>Visão de chave</td><td>B1500A Opt A5F</td><td></td></tr><tr><td>Siliconce O-ring</td><td>MasuokaTokyo Co., Ltd.</td><td>Pág. 5</td><td></td></tr><tr><td>Revestidor giratório</td><td>MIKASA Co., Ltd</td><td>MS-A100</td><td></td></tr><tr><td>Máquina de pulverização catódica</td><td>ULVAC Inc.</td><td></td><td>sob medida</td></tr><tr><td>SU-8 3005</td><td>Fornecedor:Nippon Kayaku Co., Ltd.</td><td>SU8-3005</td><td></td></tr><tr><td>Desenvolvedor SU-8</td><td>Fornecedor:Nippon Kayaku Co., Ltd.</td><td>Desenvolvedor SU-8</td><td></td></tr><tr><td>Banho ultrassônico</td><td>Fornecedor:SND Co., Ltd.</td><td>US-102</td><td></td></tr><tr><td>Interferômetro de luz branca</td><td>Corporação KEYENCE.</td><td>VK-X3000</td><td></td></tr></tbody></table>

fabricação de um transistor de peça única à base de óxido de índio-estanho dependente de solução que permite biossensoriamento sensível

Fabrication of a Solution-gated Indium-Tin-Oxide-based One-piece Transistor Enabling Sensitive Biosensing

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