Nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng cảm biến sinh học dựa trên cấu trúc nano silicon : Luận văn Ths. Vật liệu và linh kiện nanô (Chuyên ngành đào tạo thí điểm)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH PTN CÔNG NGHỆ NANO NGUYỄN VĂN QUỐC NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG CẢM BIẾN SINH HỌC DỰA TRÊN CẤU TRÚC NANO SILICON LUẬN VĂN THẠC SĨ Thành phố Hồ Chí Minh - 2010 MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA i LỜI CẢM ƠN .ii LỜI CAM ĐOAN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU viii CHƯƠNG I TỒNG QUAN I Lịch sử phát triển Cảm biến sinh học (biosensor) II Cảm biến sinh học dựa cấu trúc sợi nano (nanowire based biosensors) CHƯƠNG II: QUI TRÌNH DEA VÀ CÁC KĨ THUẬT DÙNG ĐỂ CHẾ TẠO SỢI NANO SILICON I Qui trình Deposition and Etching under Angle (DEA) để chế tạo sợi nano silicon II Các kĩ thuật sử dụng qui trình DEA .12 II.1 Cơng nghệ quang khắc .12 II.2 Cơng nghệ ăn mịn thẳng đứng 17 II.3 Kỹ thuật tạo màng mỏng kim loại dị hướng 18 III.4 Kỹ thuật ăn mòn dị hướng màng kim loại .22 CHƯƠNG III CHẾ TẠO SỢI NANO SILICON BẰNG PHƯƠNG PHÁP DEA VÀ KẾT QỦA CHẾ TẠO 24 I Chế tạo sợi Qui trình DEA 24 II Kết chế tạo 27 II.1 Kích thước tính chất bề mặt 27 II.2 Tính chất điện .28 CHƯƠNG IV KHẢO SÁT KHẢ NĂNG PHÁT HIỆN DNA CỦA CẢM BIẾN 30 I Biến đổi bề mặt sợi Si-NWs .30 I.1 Tạo đồng bề mặt sợi có lớp SiO2 30 I.2 Tạo đồng bề mặt sợi Si khơng có SiO2 .35 II Định lượng DNA cảm biến sinh học Si- NWs 40 iv II1 Ly trích DNA bắp chuyển gene 40 II2 Phát bắp chuyển gen cảm biến Si-NWs .42 KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AFM APTES BOX DEA DNA FET HDP IBE LPVCD PNA PTN CNNN PECVD RNA RIE Si – NW SOI TFA UV Automic Force Microscope, kính hiển vi lực nguyên tử AminoPropylTriEthoxySilane Buried oxide lớp oxít bên Deposition and Etching under Angles, lắng đọng ăn mịn theo góc nghiên Deoxyribo Nucleic Acid Field Effect Transistor, Tranzitor hiệu ứng trường High Density Plasma Plasma mật độ cao, áp suất thấp Ion Beam Etching ăn mòn chùm ion Low Pressure Chemical Vapour Deposition, phương pháp lắng đọng hóa học áp suất thấp Peptide Nucleic Acid Phịng Thí Nghiện Cơng Nghệ NaNo Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition lắng đọng hoá học pha kèm hỗ trợ plasma RiboNucleic Acid Reactive Ion Etching, phản ứng ăn mòn ion Silicon Nano Wire, sợi nano silic Silicon On Insulator, slic đế điện môi TriFluoroacetic Acid Utra Violet, tia cực tím vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Mơ hình cảm biến sinh học Hình 2: Ngun lí hoạt động cấu trúc kít nano sinh học dựa sợi nano Hình 3: Sử dụng kít sợi nano để phát nhanh Hình 4: Sơ đồ khối bước cơng nghệ qui trình DEA 10 Hình 5: Mơ hình mặt nạ 13 Hình 6: Quy trình quang khắc 13 Hình 7: Cách phủ lớp photoresist 15 Hình 8: Các phương pháp chiếu 16 Hình 9: Cấu tạo hệ ăn mịn ion phản ứng 18 Hình 10: Cấu tạo hệ bốc bay chân khơng 19 Hình 11: Màng bay bậc thang 19 Hình 12: Nguồn bay chùm tia điện tử 21 Hình 13: Sơ đồ hệ ăn mòn phún xạ 23 Hình 14: Hình ảnh SEM AFM sợi nano silicon chế tạo 27 Hình 15 : Đặc trưng I-V sợi nano silicon dài 10 micron 28 Hình 16 : Các chất sử dụng để silane hóa 31 Hình 17: Cơ chế phản ứng trình silan hố 31 Hình 18: Ảnh SEM bề mặt wafer silic sau xử lý dung dịch APTES 32 Hình 19: Sợi silicon trước gắn glutaraldehyte 32 Hình 20: Ảnh SEM bề mặt wafer sau xử lý dung dịch glutaraldehyde 33 Hình 21: Sau gắn thụ thể PNA 33 Hình 22: Cơ chế khử lớp SiO2 mặt sợi Si-NWs 35 Hình 23: Sợi silic sau gắn 10-N-BOC 36 vii Hình 24: Loại bỏ nhóm chức bảo vệ gốc amin 36 Hình 25: Lớp bề mặt sợi sau xử lý qua TFA NH4OH 36 Hình 26: Lớp bề mặt sợi sau gắn thụ thể PNA 37 Hình 27: Sản phẩm ly trích DNA bắp chuyển gene 41 Hình 28: Hệ thiết bị để tiến hành ghi lại thay đổi dịng điện chạy qua sợi 42 Hình 29 : Đặc trưng I-t chíp (chip chưa biến đổi bề mặt sợi) cho thấy dịng điện qua sợi khơng thay đổi cho dung dịch chứa DNA qua 43 Hình 29: Đặc trưng I-t chíp chip chưa biến đổi bề mặt sợi chíp biến đổi bề mặt cho dung dịch chứa nM DNA 43 viii PHẦN MỞ ĐẦU Phát định lượng nhanh phần tử sinh học glucose, protein, ADN… nồng độ siêu nhỏ yêu cầu vô quan trọng nhiều lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng ngành sinh học, y tế, dược phẩm nơng nghiệp… Ví dụ thơng qua việc phát protein đặc trưng (protein markers), ADN đột biến (gen mutation), kháng nguyên kháng thể (antibodies, antigents), glucose… bệnh phẩm, cho phép chẩn đốn nhanh, xác nhiều bệnh nguy hiểm ung thư, lây nhiễm virus, sản phẩm đột biến gen, tiểu đường… Những thành tựu đột phá lĩnh vực sinh học phân tử y sinh gần xác định 140 chất đánh dấu sinh học (biological markers) vậy, mở khả hoàn toàn cho nghiên cứu ứng dụng ngành khoa học liên quan sinh học, y học, dược phẩm, nơng nghiệp… Có nhiều kĩ thuật phương pháp sử dụng để phân tích định lượng phần tử sinh học kĩ thuật ELISA, Polymer Chain Reaction (PCR), Surface Plosmon Resonance (SPR), cộng hưởng từ, phân tích hóa học… Tuy thế, chưa có phương pháp phương pháp truyền thống có đầy đủ khả cho phép phát nhanh, xác, đồng thời phân tử sinh học nói Do việc nghiên cứu, chế tạo hệ cảm biến có khả đặc biệt quan tâm đầu tư nghiên cứu Và khả đặc biệt quan trọng thiết bị phân tích cần nghiên cứu, nâng cao độ nhạy Ví dụ việc phát nhanh chất đánh dấu sinh học nói nồng độ siêu nhỏ (trong khoảng nM-fM), cho phép chẩn đoán bệnh thời gian tiền nhiễm bệnh Trong thời gian này, phương pháp y học (cả truyền thống đại) phát huy hiệu việc chữa trị, chí với bệnh hiểm nghèo ung thư Gần đây, nghiên cứu nhà y học Anh cho thấy, bệnh ung thư tuyến tiền liệt phát giai đoạn sơ khởi (tiền nhiễm bệnh), bệnh nhân khơng cần dùng đến phương pháp can thiệp y học đại (tốn kém, nhiều ảnh hưởng phụ) Trong trường hợp này, bệnh nhân cần uống nhiều nước, ăn nhiều rau quả, tránh căng thẳng (tress), bệnh gần khơng phát triển chí khỏi hẳn Cảm biến sinh học sở sợi nano silicon (Silicon nanowire biosensors): Sợi nano định nghĩa vật liệu dạng sợi với đường kính sợi khoảng 1-100 nm Như thế, phải bó triệu sợi nano lại với để có vật thể có kích thước ngang sợi tóc người với đường kính trung bình 100 micron Khi dạng siêu nhỏ sợi nano, phần lớn lớp nguyên tử cấu tạo nên sợi nằm bề mặt, dẫn đến tính chất sợi, đặc biệt điện trở sợi, nhạy với thay đổi mơi trường bên ngồi Tính chất làm sợi nano trở thành vật liệu lí tưởng để chế tạo cảm biến sinh học hệ - cảm biến sinh học sợi nano - với khả hoàn toàn mà linh kiện truyền thống khơng có Do đó, việc nghiên cứu qui trình cơng nghệ, chế tạo cảm biến sợi Si-NWs ứng dụng cảm biến loại vào phân tích sinh học quan tâm đặc biệt, tiến hành nhóm nghiên cứu thuộc Đại học hàng đầu giới nước Mục tiêu luận văn Thạc sĩ là: “Nghiên cứu, chế tạo ứng dụng cảm biến sinh học dựa cấu trúc nano silicon” Đề tài thực hiện, sử dụng thiết bị chế tạo đo đạc Phòng thí Nghiệm Cơng Nghệ Nano, ĐHQG Tp.HCM Nội dung nghiên cứu trình bày phần sau: Chương – Tổng quan - Giới thiệu sơ lược cảm biến sinh học - Giới thiệu cảm biến sinh học Chương – Qui trình DEA kĩ thuật dùng để chế tạo sợi nano silicon - Qui trình chế tạo deposition and etching under angle (DEA) - Các kĩ thuật công nghệ DEA để chế tạo sợi nano silicon Chương – Chế tạo sợi nano phương pháp DEA kết chế tạo - Chi tiết bước chế tạo sợi nano silicon phương pháp DEA - Kêt chế tạo Chương – Khảo sát khả phát DNA cảm biến - Biến đổi bề mặt sợi silicon thích hợp cho việc gắn thụ thể - Đo đạc, phát DNA bắp chuyển gen Kết luận Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon CHƯƠNG TỔNG QUAN I Lịch sử phát triển cảm biến sinh học (biosensor) Theo IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) thì: “Cảm biến sinh học (biosensor) thiết bị tích hợp có khả cung cấp thơng tin phân tích định lượng bán định lượng đặc trưng, bao gồm phần tử nhận biết sinh học (bioreceptor) kết hợp trực tiếp với phần tử chuyển đổi.” Cảm biến sinh học thiết bị sử dụng tác nhân sinh học enzym, kháng thể, để phát hiện, đo đạc phân tích hố chất Do cấu tạo cảm biến sinh học bao gồm thành phần bản: thành phần hoá học, thành phần sinh học thành phần vật lý Hình 1: Mơ hình cảm biến sinh học Giáo sư Leyland D.Clark biết người tiên phong lĩnh vực cảm biến sinh học Năm 1956 ông công bố báo điện cực oxy hoá Những năm ơng tiếp tục thực nhiều thí nghiệm nhằm cố gắng mở rộng khả hoạt động cảm biến phát thêm nhiều tác nhân, nâng cao độ xác cảm biến Vào năm 1962, hội nghị New York Academy of Science, ông thuyết trình cảm biến sinh học: “To make electrochemical sensors (pH, polarographic, potentiometric or conductometric) more intelligent by adding enzyme Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon SiNW Ethanol, Acetone Oxygen plasma hóa SiNW làm APTES SiNW Silan hóa (có nhóm NH2) Rửa, làm khơ glutaraldehyde SiNW gắn nhóm andehyde PNA, SSC Rửa SiNW gắn thụ thể (DNA) Lai với ssDNA Đo dòng điện Quy trình diễn giải sau:  Bước 1: Làm tạo lới SiO2 sợi Si-NW dung dịch acetone, ethanol oxygen plasma: 30W, 50 sccm O2 60’’  Bước 2: Silane hóa cách ngâm chip 2% APTES với dung dịch ethanol 95% h bước để tạo nhóm chức NH2 sợi  Bước 3: Rửa chip ethanol tuyệt đối lần làm khơ dịng khí N2 Ủ điều kiện 1100 C 1h 34 Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon  Bước 4: Ngâm chip dung dịch glutaraldehyde 5% (dung môi nước) 1h rửa với nước Bước 5: Ủ chip với dung dịch gồm 10 uM thụ thể (DNA) nhiệt độ phòng qua đêm (>= 12h)  Bước 6: Loại bỏ thụ thể không gắn kết cách rửa chip với dung dịch SSC 1X lần sau cố định thụ thể (mỗi lần 5’)  Bước 7: Bất hoạt nhóm andehyte không gắn thụ thể cách ngâm chip dung dịch ethanolamine 100nM  Bước 8: Rửa chip với đệm phosphate để loại bỏ chất thừa bước 7, sau rửa lại dung dịch SSC 1X để tạo môi trường cho việc lai DNA cần phát I.2 Tạo đồng bề mặt sợi Si khơng có SiO2 Như trình bày trên, biosensor chế tạo thường phủ lớp mỏng SiO2 bề mặt sợi Si-NWs Do đó, cần sử lý để loại bỏ lớp oxide tự nhiên này, tạo lớp Si đồng bề mặt sợi HF NH4F tác nhân thường sử dụng bước này, với chế sau: Hình 22: Cơ chế khử lớp SiO2 mặt sợi Si-NWs Sau bước bề mặt sợi silicon hoạt hóa có nhóm Si-Hx Sau sensor rửa ethanol aceton để loại bỏ bụi bẩn sau ngâm dung dịch HF để loại bỏ lớp SiO2, sau bước bề mặt sợi silicon có liên kết Si-H Sau ngâm chip dung dịch 10-N-BOC-amino-dec-135 Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon en điều kiện chiếu UV (254 nm) 3h để tạo bề mặt sợi có nhóm chức -NH2 Hình 23: Sợi silic sau gắn 10-N-BOC Tiếp theo sensor loại bỏ nhóm chức t-BOC bảo vệ amin cách ngâm chip Trifluoroacetic acid (TFA) 2,5% với methylene chloride 2h mục đích bước loại bỏ nhóm chưc bảo vệ -NH2 tạo liên kết Si-NH2 Hình 24: Loại bỏ nhóm chức bảo vệ gốc amin Sau lấy chip khỏi TFA rửa lại dung dịch NH4OH để loại bỏ gốc không liên kết chất không mong muốn Hình 25: Lớp bề mặt sợi sau xử lý qua TFA NH4OH 36 Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon Glutaraldehyde lựa chọn làm chất trung gian để tạo liên kết Do glutaraldehyde có nhóm –CHO nên nhóm liên kết với amin bề mặt wafer nhóm liên kết với nhóm amin thụ thể Nhờ thụ thể gắn lên bề mặt sợi Si-NW Hình 26: Lớp bề mặt sợi trước gắn thụ thể DNA Tiếp theo đó, Quy trình gắn thụ thể sợi Si-NW tiến hành sau: 37 Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon SiNW Ethanol, Aceton e SiNW làm HF, NH4F Tạo liên kết H SiNW (HSi, H-Si-H) N-1-BOC-amino 3- cyclopentene 10-N-BOC-aminodec-1-en Tạo nhóm NH2 bảo vệ SiNW TFA, methylene chloride Khử nhóm chức bảo vệ NH2 Rửa, NH4OH glutaraldehyde SiNW gắn nhóm andehyde Rửa PNA, SSC SiNW gắn thụ thể (PNA) Lai với ssDNA Đo dịng điện Các thơng số chi tiết quy trình là: 38 Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon Khử SiO2 bề mặt SiNW để tạo liên kết Si-H cách ngâm chip HF 1% 50’’ NH4F 40% 60’’ Ngâm chip dung dịch 10-N-BOC-amino-dec-1-en điều kiện chiếu UV (254 nm) 3h Rửa chip với chloroform 15’ 500 C rửa lại methanol lần, lần 5’ Loại bỏ nhóm chức t-BOC bảo vệ amin cách ngâm chip Trifluoroacetic acid (TFA) 2,5% với methylene chloride 2h Ngâm chip NH4OH 10% 5’ sau rửa nước Ngâm chip glutaraldehyde 1% (dung môi nước) 1h rửa nước Ủ chip với dung dịch gồm 10 uM PNA SSC 1X nhiệt độ phòng qua đêm Loại bỏ probes PNA không gắn kết cách rửa chip với dung dịch SSC 1X lần sau cố định PNA Lai chip với DNA mục tiêu dung dịch SSC Tiến hành đo Trong phương pháp thụ đơng hóa bề mặt nói trên, với loại nhóm chức bề mặt sợi silicon tùy thuộc vào loại thụ thể biến đổi thụ thể mà lựa chọn hợp chất gắn kết trung gian phù hợp để gắn kết thụ thể lên sợi silicon Trong vài trường hợp chúng tơi gắn trực tiếp thụ thể lên bề mặt sợi silicon mà không cần chất gắn kết trung gian Tuy nhiên, phương pháp hiệu thấp việc gắn kết trực tiếp gây cản trở khơng gian hoạt động biến tính phần hay hồn tồn thụ thể làm giảm tính hoạt động thụ thể Do đó, việc dùng hợp chất trung gian để gắn kết trở nên phổ biến Các hợp chất gắn kết trung gian sử dụng thường hợp chất có nhóm chức kép.Sau bước gắn glutaraldehyde chip chứa sợi nano silicon lai hoá với DNA tạo liên kết nhóm NH2 DNA với nhóm CHO- glutaraldehyde, chip sẵn sang cho đo đạc, phát DNA 39 Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon II Định lượng DNA cảm biến sinh học Si- NWs Sau sợi nano silicon chế tạo hoạt hóa bề mặt với lớp DNA, chíp dùng để định lượng DNA ngoại lai bắp chuyển gene Trong nghiên cứu này, chúng tơi tiến hành ly trích DNA bắp chuyển gene kiểm chứng, xác nhận bắp chuyển gene kỹ thuật PCR Sau dùng DNA để thử nghiệm cảm biến sinh học Si-NWs Nguyên nhân chọn đối tượng DNA bắp chuyển gen trồng chuyển gen phổ biến Việt nam Các sở khoa học kiến thức thu việc phát DNA bắp chuyển gen ứng dụng cho đối tượng khác phức tạp II.1 Ly trích DNA bắp chuyển gene Ly trích DNA bắp chuyển gene từ hạt theo quy trình Doyle Doyle (1988) cải tiến Quy trình gồm bước: Nghiền hạt bắp chuyển gene nitơ lỏng, cho vào eppendorf Thêm vào ml dịch trích EB Vortex, ủ 650 C Ly tâm phút 14000 vòng 100 C Hút lấy dịch cho vào eppendorf Thêm thể tích chloroform: isoamyl alcohol (24 : 1), trộn kỹ, ly tâm phút 14000 vòng 100 C Chuyển lấy dịch lặp lại bước Chuyển lấy dịch trong, thêm vào µl RNase, ủ 370 C 1giờ Thêm vào 0,6 thể tích dung dịch isopropanol lạnh Để tủa –200 C qua đêm Li tâm phút 14000 vòng 100 C Đổ bỏ dịch Cho vào 300 µl TE 1X, ủ 370 C 1giờ Thêm 20 µl muối sodium acetate 3M, 640 µl ethanol 100%, trộn để – 200 C 30 phút 10 Li tâm 10 phút 14000 vòng 40 C, đổ bỏ dịch 11 Rửa cặn với 400 µl ethanol 70% cách ly tâm phút 14000 vòng 100 C, đổ bỏ dịch 12 Lặp lại bước 11 Để khơ cặn, hồ tan cặn 50 µl nước cất, ủ 370 C đến cặn tan hết Bảo quản mẫu 40 C 13 DNA sau ly trích điện di để kiểm tra việc ly trích có thành cơng hay khơng Kết điện di trình bày hình 26 40 Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon 17850 Mon89034 Hình 27: Sản phẩm ly trích DNA bắp chuyển gene Hình 26 cho thấy DNA ly trích thành cơng, band DNA sáng, to khơng bị đứt gãy (khơng có smear), điều chứng tỏ DNA thu có chất lượng tốt nồng độ tương đối cao DNA ly trích giống bắp chuyển gene công ty: giống 17850 công ty Pioneer Hibred giống Mon89034 công ty Monsanto Xác định bắp chuyển gene kỹ thuật PCR: Sau giai đoạn ly trích DNA, chúng tơi tiến hành kiểm tra, xác định DNA ly trích giống bắp chuyển gene Phương pháp xác định sử dụng kỹ thuật PCR với quy trình sau: Bảng 1: Thành phần hóa chất phản ứng PCR Hóa chất Nồng độ đầu Thể tích sử dụng Nồng độ cuối Buffer 10 X 2,5 ul 1X MgCl2 25 mM 2,5 ul 2,5 mM dNTP 10 mM 0,25 ul 100 uM Primer xuôi 10 pmol/ul ul 10 pmol Primer ngược 10 pmol/ul ul 10 pmol Taq DNA polymerase 5U 0,2 1U DNA mẫu 40 ng/ul ul 40 ng H2 O 16,55 ul Tổng thể tích 25 ul Trong thành phần hóa chất chúng tơi sử dụng primer có trình tự là: Primer xuôi: 5’ TCC TCT CCA AAT GAA ATG AAC TTC C 3’ Primer ngược: 5’CCA CGT CTT CAA AGC AAG TGG 3’ 41 Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon II.2 Phát bắp chuyển gen cảm biến Si-NWs DNA target: Trình tự DNA bắp chuyển gen là: 3’- GGT GCA GAA GTT TCG TTC ACC – 5’ Do thụ thể (receptor) sử dụng là: PNA: N - CCA CGT CTT CAA AGC AAG TGG – C DNA: 5' - CCA CGT CTT CAA AGC AAG TGG -3' Tuy nhiên luận văn sử dụng DNA: 5' - CCA CGT CTT CAA AGC AAG TGG -3' làm thụ thể cho việc phát DNA cần phát nói Lai DNA: Các DNA target chuẩn bị dung dịch đệm SSC 0,5X Sau dung dịch có chứa DNA target cho chạy qua cảm biến SiNW có gắn kết DNA receptor Khi có kết cặp target-receptor làm thay đổi điện bề mặt sợi Vì sợi SiNW loại P (có hạt tải tích điện dương), nên có kết cặp với DNA tích điện âm, làm tăng dịng điện qua mạch Sự thay đổi dòng điện nghi nhận qua thiết bị điều khiển mạch ngồi (Hình 27) Hình 28: Hệ thiết bị để tiến hành ghi lại thay đổi dòng điện chạy qua sợi bao gồm: thiết bị cấp dòng ( Agilent/HP 4155 C) kết nối với hệ probe station (EP6) Cả hệ kết nối điều khiển máy tính Có khả ghi nhận thay đổi dòng điện đến cớ 100 fA 42 Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon Các thông số quy trình đo đạc sau:  Điện từ 40 – 100 mV  Dòng điện từ 10 – 100 nA  Điện biasing cho chíp: -20 V Sự thay đổi dịng điện chạy qua chíp đo đạc trình bày hình 28-30 Ví dụ với chíp ( khơng gắn thụ thể), chúng tơi quan sát khơng có thay đổi dịng điên, ( Hình 28) Hình 28 : Đặc trưng I-t chíp (chip chưa biến đổi bề mặt sợi) cho thấy dịng điện qua sợi khơng thay đổi cho dung dịch chứa DNA qua Hình 29: Đặc trưng I-t chíp chip chưa biến đổi bề mặt sợi (đường bên 43 Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon trên) chíp biến đổi bề mặt cho dung dịch chứa nM DNA ( đường I-t bên dưới) Hình 29 cho thấy dòng điện qua chip thay đổi dung dịch chứa DNA qua chíp, điều có nghĩa lai DNA target với thụ thể cố định sợi SiNW xảy Sự lai xảy vào khoảng 300 giây sau dung dịch cho qua chip trình lai diễn khoảng 300 giây Dòng điện tăng khoảng 5nA từ 80 ± 0.5 nA đến 84 ±0.5 nA Sự tăng dòng điện chứng tỏ cảm biến chế tạo ghi nhận có mặt, hay phát DNA Tuy nhiên khuôn khổ, giới hạn thời gian luận văn này, chưa tiến hành đủ thực nghiệm để nghiên cứu mối liên hệ tăng/giảm dòng điện qua sợi với nồng độ DNA Kết quan trọng, cho phép phân tích định lượng nồng độ DNA Hiện nhóm nghiên cứu PTN CNNN ĐHQG TP HCM tiếp tục thí nghiệm để hoàn thành nội dung 44 Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon KẾT LUẬN Trong luận văn đã:  Chế tạo sợi nano silicon phương pháp DEA, phương pháp sử dụng kĩ thuật công nghệ micro, cho phép chế tạo sợi nano silicon không đắt tiền  Sợi chế tạo có kích thước nhỏ (chiều ngang 40 ± nm), có tinh chất bề mặt tính chất điện thích hợp cho việc sử dụng làm cảm biến sinh học  Xây dựng quy trình gắn thụ thể lên sợi Si-NWs  Kiểm tra khả phát DNA ngoại lai chip Si-NW (ở nồng độ 1nM)  Mặc dù chưa xây dựng đường chuẩn để tiến hành định lượng qua khoá luận cho thấy việc định lượng DNA chip SiNW khả quan 45 Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt Hồ Huỳnh Thùy Dương, (2002) Sinh học phân tử Nhà xuất giáo dục, trang 24-30; 122-124 Trần Hồng Minh, giảng môn “Thiết kế vi hệ thống” Nguyễn Mạnh Tuấn giảng, “Công nghệ chế tạoVật liệu Linh kiện cấu trúc nanô” Tài liệu tiếng anh http:// ww.aacc.org/ /LiverTumorMarkerLMPG/ /LiverTumorMarkersCh2.pdf Amy Pope-Harman et al., Biomedical Nanotechnology for Cancer, Med Clin N Am 91 (2007) 899–927 Choi, Y.-K.; Zhu, J.; Grunes, J.; Bokor, J.; Somorjai, G A J Phys Chem B (2003), 107, 3340 Edwin T Carlen and Albert van den Berg, “Nanowire electrochemical sensors: can we live without labels?”, Lab Chip, (2007), 7, 19 – 23 E M Talavera, M Afkir, R Salto, A M Vargas, J M Alvarez-Pez, Fluorescence-labelled DNA probes to detect complementary sequences in homogeneous media, Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 59 (2000) –14 F Patolsky, G F Zheng, O Hayden, M Lakadamyali, X.W Zhuang, and C M Lieber, “Electrical detection of single viruses,” Proc Nat Acad Sci USA, vol 101, pp 14017–14022, (2004) 10 Gang Peng et al., Diagnosing lung cancer in exhaled breath using gold nanoparticles, Nature nanotechnology, Vol 4, (October 2009), pp 669673 46 Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon 11 G.F Zheng, F Patolsky, Y Cui, W.U Wang and C.M Lieber, “Multiplexed electrical detection of cancer markers with nanowire sensor arrays”, Nature biotechnology vol 23, number 10 12 G Peng et al., Detection of lung, breast, colorectal, and prostate cancers from exhaled breath using a single array of nanosensors, Br J Cancer (2010 July ) 13 Hien Duy Tong, Songyue Chen, Wilfred G van der Wiel, Edwin T Carlen, and Albert van den Berg, “Novel Top-Down Wafer-Scale Fabricationof Single Crystal Silicon Nanowires”, Nanoletter , vol 9, No.3, pp.1015-1022, (March, 2009) 14 Hyun-Seung Lee et al., Electrical detection of VEGFs for cancer diagnoses using anti-vascular endotherial growth factor aptamer-modified Si nanowire FETs,, Biosensors and Bioelectronics 24 (2009) 1801–1805 15 Jong-in Hahm and Charles M Lieber, “Direct Ultrasensitive Electrical Detection of DNA and DNA Sequence Variations Using Nanowire Nanosensors”, Nano Letter (2004), vol 4, No 16 Kelly Y Kim, Nanotechnology platforms and physiological challenges for cancer therapeutics, Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine (2007) 103–110 17 L Hood et al., Systems biology and new technologies enable predictive and preventative medicine, Science, 306, 640,( 2004) 18 Marco Curreli, Rui Zhang, Fumiaki N Ishikawa, Hsiao-Kang Chang, Richard J Cote, Chongwu Zhou, and Mark E Thompson, “Real-Time, Label-Free Detection of Biological Entities Using Nanowire-Based FETs”, IEEE Transactions on nanotechnology, vol 7, no 6,( november 2008) 19 http://nano.cancer.gov/ 20 Niranjan S Ramgir et al., Voltammetric Detection of Cancer Biomarkers Exemplified by Interleukin-10 and Osteopontin with Silica Nanowires, J Phys Chem C 2007, 111, 13981-13987 47 Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon 21 S Cross et al., Nanomechanical analysis of cells from cancer patients, Nature Nanotechnology, Vol.2,( 2007), 780- 783 22 S Niu, G Singh and R F Saraf, Label-less fluorescence-based method to detect hybridization with applications to DNA micro-arra, Biosensors and Bioelectronics 23 (2007) 714–720 23 T.M.C Hoang: literature study on surface modification of silicon nanowires, Internal Report, Nanosens Research B.V., (2009) 24 Young-Eun Choi et al., Nanotechnology for Early Cancer Detection, Sensors, 428-455, (2010) 25 Wayne U Wang, Chuo Chen, Keng-hui Lin, Ying Fang, and Charles M Lieber, “Label-free detection of small-molecule–protein interactions by using nanowire nanosensors”, PNAS , (March 1, 2005) , Vol 102 , No 9, 3208–3212 48 ... cứu, chế tạo ứng dụng cảm biến sinh học dựa cấu trúc nano silicon? ?? Công việc thực PTN CNNN, ĐHQG Tp.HCM Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon CHƯƠNG QUI TRÌNH DEA VÀ... nghiên cứu công nghệ chế tạo ứng dụng cảm biến sinh học dựa cấu trúc sợi nano silicon II Cảm biến sinh học dựa cấu trúc sợi nano (nanowire based biosensors) Sợi nano định nghĩa vật liệu dạng sợi với... ưu việt kít sợi nano trình bày vắn tắt đây: Nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cảm biến sinh học sợi nano silicon (d) Hình 2: Ngun lí hoạt động cấu trúc kít nano sinh học dựa sợi nano sợi bán dẫn