CHƢƠNG 2 : CHẾ TẠO CẢM BIẾN SiNW FET
2.2 CHỨC NĂNG HÓA BỀ MẶT SỢI NANO
2.2.3 Chất kết nối (Linker)
Vì vật liệu làm cảm biến SiNW FET là các nguyên tố bán dẫn, trong trƣờng hợp này là nguyên tố Si nên chúng ta phải có một chất kết nối. Chất kết nối này có tính chất một đầu bám chặt vào bề mặt sợi Si, đầu kia có khả năng hình thành liên kết với các thụ thể hoặc các phân tử khác cần thiết cho việc gắn thụ thể. Chất kết nối này có hai nhóm chức năng. Một nhóm chức năng gắn lên bề mặt vật liệu, nhóm còn lại gắn với phân tử làm cảm biến. Chất kết nối này đƣợc chọn tùy thuộc vào quy trình chức năng hóa bề mặt của chúng ta thực hiện trực tiếp trên lớp Si hay thực hiện trên lớp
Nhƣ trên đã đề cập, có hai cách chính xử lý bề mặt trong quy trình chức năng hóa bề mặt: một là xử lý ngay trên lớp SiO2 gọi là quá trình silan hóa. Hai là xử lý trên bề mặt Silic nguyên chất (hydrosilylation). Phƣơng pháp xử lý chức năng hóa bề mặt đã chứng tỏ nhiều ƣu điểm hơn phƣơng pháp chức năng hóa trên lớp SiO2. Cảm biến với phƣơng pháp chức năng trên lớp Si trực tiếp nhạy hơn nhiều khi so sánh với loại làm theo phƣơng pháp silan hóa23, đồng thời bề mặt Si cũng bền hơn, chúng có thể tồn tại trong điều kiện thƣờng nhiều ngày mà không thay đổi24.
BẢNG 1: So sánh hai phƣơng pháp hoạt hóa bề mặt
Phƣơng pháp chức năng trên sợi Silic tinh khiết (hydrosilylation )
Phƣơng pháp chức năng trên lớp SiO2 (silan hóa)
Liên kết Si-C hình thành ít bị sai hỏng. Hình thành đơn lớp phân tử.
Bền trong nhiều môi trƣờng khác nhau. Nhạy: do không có lớp cách điện SiO2.
- Sai hỏng nhiều trên bề mặt monolayers trên SiO2.
- Tạo ra lớp bề mặt gồ ghề hơn - Kém bền ở dạng đơn lớp trên bề
mặt SiO2 vì bị hydroxy hóa. - Ít nhạy
Ta thấy phƣơng pháp tiếp cận theo hƣớng thực hiện trên lớp Si tinh khiết lợi thế hơn. Ngoài ra còn một lý do nữa phƣơng pháp silan hóa muốn thực hiện phải thực hiện bằng phƣơng pháp silan hóa khô. Trong khi điều kiện thiết bị phòng thí nghiệm không thể thực hiện silan hóa theo phƣơng pháp này. Phƣơng pháp hydrosilylation có nhiều ƣu việt hơn và phụ hợp với điều kiện phòng thí nghiệm nên chúng tôi chọn phƣơng pháp hydrosilylation để xử lý bề mặt sợi Silic.
Hình 2-14. Quy trình thực hiện chức năng hóa bề mặt sợi Si bằng phương pháp xử lý trực tiếp trên bề mặt Si tinh khiết.
1. Khử SiO2 (2-7nm) trên bề mặt SiNW để tạo liên kết Si-H bằng cách :
Trƣớc tiên ngâm chip trong dung dịch acetone và ethanol để tẩy chất bẩn hữu cơ. Loại bỏ lớp SiO2 tự nhiên bằng cách ngâm chip trong dung dịch axít HF 1% trong một phút. Sau bƣớc này không còn lớp oxít SiO2 nữa, các nguyên tử Si trên bề mặt bị Hydro lấp đầy vào những liên kết bị đứt, tạo ra bề mặt bị hydro hóa hầu hết. 2. Tạo nhóm chức NH2 (đƣợc bảo vệ):
Để tạo nhóm chức NH2, chíp đƣợc ngâm trong dung dịch tert-butyl allylcarbamate (dung môi methanol) trong điều kiện chiếu ánh sáng UV (254 nm) trong 2 giờ. Khi chiếu UV (254nm) các liên kết Si-H sẽ bị bẻ gãy làm xuất hiện các liên kết Si- trống lơ lững.
Liên kết này có thể phản ứng với nhóm Olefin (C=C) của phân tử chất kết nối hình thành liên kết Si-C bền trên bề mặt sợi Si.
3. Rửa chip với dung dịch chloroform trong 15 phút ở 500C và rửa lại bằng methanol hai lần ở nhiệt độ phòng, mỗi lần 5 phút. Mục đính làm bền đơn lớp tert-butyl allylcarbamate đã gắn lên sợi và tẩy hết dung môi methanol ở bƣớc 2.
4. Loại bỏ nhóm chức t-BOC bảo vệ gốc amin bằng cách :
khác. Ta cần làm lộ ra nhóm NH2 này bằng dung dịch trifluoroacetic acid (TFA) 5% (dung môi methylene chloride) trong 2 giờ.
5. Lƣợng axit TFA còn dƣ nằm trên bề mặt sợi cần đƣợc rửa đi bằng dung dich bazơ NH4OH 1% trong 5 phút và sau đó rửa bằng nƣớc,
6. Glutaral hóa:
Đây là bƣớc bắt cầu cần thiết để gắn kháng thể lên sợi nano Silic. Glutaraldehyde có nhóm chức biotin (CHO) ở hai đầu. Khi ngâm chíp trong dich dich glutaraldehyde 2% (dung môi là nƣớc) trong 1 giờ. Một đầu CHO của phân tử glutaraldehyde sẽ hình thành liên kết với nhóm NH2 trong phân tử tert-butyl allylcarbamate ở bƣớc 4, một đầu còn lại sẽ liên kết với thụ thể anti-CK trong bƣớc tiếp theo.
7. Chíp sau khi đƣợc glutaral hóa sẽ đƣợc ủ qua đêm trong anti cytokeratin hỗn hợp, bƣớc này các kháng thể anti-CK đã gắng lên sợi Si, các kháng thể này sẽ bắt cặp với các kháng nguyên CK của tế bào UTV nhằm phát hiện tế bào.
BẢNG 2: Các hóa chất dùng trong quá trình chức năng hóa bề mặt sợi Silic
Acetone: rửa ban
đầu Khối lƣợng riêng Công thức phân tử
Khối lƣợng mol Hãng 1 - HF 1%: khử Si02 - 1 phút Merck 2- Tert-butyl allylcarbamate : methanol = 1:2; tạo NH2 0.938 g/mL at 25 °C(lit.) H2C=CHCH2NHCO2C( CH3)3 157.21 Merck 3 -Trifluoroacetic acid (TFA) 5% : loại bỏ nhóm bảo vệ 1.489 g/cm3, 20 °C CF3CO2H 114.02 g/mol Merck 4 - NH4OH 1% : cân bằng axit dƣ 0.91 g/cm3 (25 %) 0.88 g/cm3 (32 %) 35.04 g/m ol Merck 5-Glutaraldehyde : methanol- tạo CHO 1.06 g/mL CH2(CH2CHO)2 C5H8O2 100.12 g mol−1 Merck Chloroform : 1.483 g/cm3 CHCl3 119.38 g mol−1 Merck Ethanol: dung môi và chất rửa C2H5OH Merck Methylene chloride: dung môi cho TFA
1.33 g/cm3, liquid CH2Cl2 84.93 g/mol