Cảm biến sinh học dùng transistor hiệu ứng trường dây nano silicon

Bài viết Cảm biến sinh học dùng transistor hiệu ứng trường dây nano silicon trình bày cơ chế cơ bản của hệ cảm biến dùng dây nano Silicon và các quy trình chế tạo dây nano, kênh dẫn lỏng PDMS, cũng như các kỹ thuật bề mặt hóa.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cảm biến sinh học dùng transistor hiệu ứng trường dây nano silicon34 Nguyễn Linh NamCẢM BIẾN SINH HỌC DÙNG TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG DÂY NANO SILICON SILICON NANOWIRE FIELD EFECT TRANSISTORS BASED BIOSENSORS Nguyễn Linh Nam Trường Cao Đẳng Công Nghệ, Đại Học Đà Nẵng; Email: nlnam911@dct.udn.vnTóm tắt - Transistor hiệu ứng trường dây nano Silicon được sử Abstract - Silicon-On-Insulator based nanowire field-effect-dụng để phát hiện các phân tử điện tích trên bề mặt dây thông qua transistors were used to detect the molecular charges on the wiresự thay đổi độ dẫn của dây. Cảm biến này có tiềm năng ứng dụng surface by measuring the changes of the wire conductance. They học với nhiều ưu điểm: phát hiện trực tiếp, truyền tín hiệu theo sensors hold a great potential for various biomedical applicationsthời gian thực, độ nhạy cao với yêu cầu tối thiểu cho việc phát hiện due to their intrinsic advantages in many aspects including a direct,các phân tử mục tiêu, khả năng xử lý song song, và không cần quá real-time electrical signal transduction, high sensitivity with minimaltrình đánh dấu mẫu. Ở đây, chúng tôi trình bày cơ chế cơ bản của requirement of the target molecules, capability for multiplex parallelhệ cảm biến dùng dây nano Silicon và các quy trình chế tạo dây processing, and requiring no tedious sample labeling processnano, kênh dẫn lỏng PDMS, cũng như các kỹ thuật bề mặt hóa. Here, we presented the underlying mechanism of using nanowiresCác kết quả thực nghiệm cho thấy độ nhạy điện tích rất cao của for biomolecule sensing and addressed fabrication processesdây nano cho phép phát hiện sự liên kết lai hợp giữa các phân tử including: nanowire, PDMS microfluidic channel, and surfaceDNA với chiều dài ngắn đến 15 m với độ chính xác rất cao. Đồng modification techniques. The experimental results showed that thethời, các kết quả ứng dụng transistor hiệu ứng trường dây nano high charge sensitivity of the nanowires allowed real time detectionSilicon để phát hiện phân tử sinh học từ protein cho đến các cá thể of hybridization of ssDNA with lengths as short as 15mer, and withvi rút được thảo luận. high degree of specificity. Furthermore, demonstrations of using silicon nanowire field-efect-transistors as a detector for a wide- range of biological and chemical species, from protein down to the ultimate level of single virus were discussed.Từ khóa - dây Nano Silicon, transistor hiệu ứng trường, cảm biến Key words - silicon nanowire, field-efect-transistor, biosensor,sinh học, phát hiện phân tử sinh học, DNA, protein, vi rút. biomolecule detection, DNA, protein, virus.1. Giới thiệu Nguyên lý cơ bản của hệ cảm biến dây nano Silicon được Mối quan hệ tự nhiên giữa công nghệ nano và khoa học dựa trên cấu trúc FETs, trong đó dây nano sẽ là kênh dẫnsự sống có thể được thể hiện theo nhiều khía cạnh khác điện tích được nối ở hai đầu với điện cực nguồn (Source-nhau, tuy nhiên mối quan hệ đơn giản nhất đó chính là sự S) và máng (Drain-D), lượng điện tích di chuyển qua dâytương đồng về kích thước cũng như cấu trúc thông thường được điều khiển bởi điện cực thứ ba gọi là điện cực cổngcủa các phân tử sinh học như DNA, protein hay vi rút với (Gate-G). Dựa trên nguyên lý hoạt động này, việc phát hiệncác vật liệu có cấu trúc nano như chấm lượng tử, dây nano các phân tử sinh học dùng dây nano được mô tả như tronghay ống nano carbon. Chính sự tương đồng này dẫn đến sự Hình 1. Khi phần tử sinh học tạo liên kết với thụ kháng thểứng dụng ngày càng sâu rộng khoa học và kỹ thuật nano sẽ tạo ra sự thay đổi điện tích trên bề mặt dây và có táctrong việc phát hiện cũng như chữa trị bệnh. Phát hiện và động như thay đổi giá trị điện áp cổng, dẫn đến sự thay đổiđánh giá các phần tử sinh học đóng vai trò rất lớn trong y mật độ hạt dẫn ở trên dây hay độ dẫn của dây sẽ thay đổihọc, từ việc xác định bệnh cho đến chế tạo ra các loại thuốc khỏi giá trị ban đầu khi chưa có liên kết phần tử sinh học-điều trị. Các cấu trúc nano như ống nano carbon [1, 2], dây thụ kháng thể xảy ra [7,9,10].nano [3, 4], hay hạt nano [5] với các đặc tính điện tử, quangtử, từ tính riêng biệt giúp tạo ra nhiều phương pháp tiếp cậ ...