This research was financially supported by Ministry of Science and Technology, Taiwan (104-2514-S-009 -001, 104-2627-M-009-001 and 102-2311-B-009-004-MY3). We thank the National Nano Device Laboratories (NDL) for its valuable assistance during device fabrication and analysis.

1. Fabrikasyon ve pSNWFET Cihazlarının Koruma <ol><li> cihaz İmalatı Not: pSNWFET önce 23,24 bildirilen bir yan boşluk tekniği kullanılarak imal edilmiştir. <ol><li> kapı dielektrik katman hazırlayın. <ol><li> 100 nm kalınlığında termal oksit (SiO 2) (4 saat 980 ° C&#39;de O 2 ve H 2 işlem gazı) ıslak oksidasyon süreci 25 kullanarak bir Si substrat üzerinde katman kap. </li><li> 4 saat 980 ° C &#39;de düşük basınçta kimyasal buhar biriktirme (LPCVD) 25 ile 50 nm-kalınlıkta bir nitrür (si 3N 4) tabaka bırakın. </li></ol></li><li> 4 saat 780 ° C&#39;de LPCVD 25 kullanılarak 100 nm kalınlığında Tetraetil Ortosilikat (TEOS) katmanı bırakın. </li><li> oksit kukla yapılarını tanımlamak için bir I-line step kullanılarak standart litografi gerçekleştirin. <ol><li> Coat bir 830-nm kalınlığında paslanmaz çeliğin tabakası ile stürktürlerin. </li><li> benI-line step bir desen tanımlanmış photomask nsert. </li><li> Oda sıcaklığında 1980 J bir güçte: I-line step (365 nm dalga boyu) kullanarak pozlamayı işleyin. </li><li> 5 dakika boyunca bir geliştirici içinde gofret geliştirin. </li><li> Indüktif 1 dakika için HBr ve Cl plazma gazı ile plazma 25 etcher bağlanmış bir standart kullanarak izotropik aşındırma işlemi gerçekleştirin. </li></ol></li><li> LPCVD 25 kullanılarak 100 nm kalınlığında amorf silisyum (α-Si) katmanı bırakın. </li><li> Polikristal yapıya α-Si dönüştürmek için 24 saat boyunca N2 ortam içinde 600 ° C de bir tavlama aşaması gerçekleştirin. </li><li> Düşük enerjide kaynak / drenaj (S / D) doping ile implant fosfor iyonları (5E 15 cm -2) 25. </li><li> Poli-Si tabakayı kaldırmak ve polisilikon nanotel (pSNW) 25 oluşturmak için I-line step kullanılarak standart litografi gerçekleştirin. Not: dop implant adımı 1.1.3 tekrarlayınpoli-Si çıkarılması ve self-hizalanmış bir biçimde yan Si kanalları oluşturacak S / D bölgelerden daha başka yerlerde karıncalar. </li><li> 5 saat 25 780 ° C&#39;de LPCVD kullanarak pasivasyon işlemi (200 nm kalınlığında TEOS oksit tabakası) gerçekleştirin. </li><li> İki aşamalı kuru / ıslak aşındırma işlemini kullanarak nanotel kanalları ve form testi pedleri maruz I-line step kullanılarak standart litografi gerçekleştirin. <ol><li> Adımı tekrarlayın 1.1.3. </li><li> Islak aşındırma işlemi gerçekleştirin (DHF: HF / 1 dakika süre ile H 2 O). </li></ol></li></ol></li><li> Gofret koruma <ol><li> Bir vakum saklama torbasında gofret Seal ve elektronik kuru kabine (bağıl nem &lt;oda sıcaklığında% 40) saklayın. </li></ol></li></ol> Cihazın 2. Tedavi öncesi <ol><li> cihaz temizliği <ol><li> Saf aseton ile cihazı durulayın. </li><li> Sonikasyon (46 kHz, 80 B), 10 dakika boyunca, saf aseton cihazı. </li> &lt;li&gt; sonikasyon (46 kHz, 80 W) 5 dakika boyunca saf etanol (% 99.5) cihaz. </li><li> Üfleme kuru azot Cihazın yüzeyi. </li></ol></li><li> oksijen plazma <ol><li> 30 saniye için 18 W O 2 plazma ile cihazı davranın. </li></ol></li></ol> Cihaz Yüzey DNA Probe 3. İmmobilizasyonu <ol><li> Amin grubu modifikasyonu <ol><li> % 2.0 (3-aminopropil) trietoksisilan (APTES), 30 dakika boyunca / etanol çözeltisi içinde cihazı bırakın. </li><li> Etanol ile üç kez yıkanır cihazı ve daha sonra sonikasyon (46 kHz, 80 B), 10 dakika boyunca etanol içindeki bir cihaz. </li><li> 10 dakika SNWs ilgili amin grupları oluşturmak için 120 ° C&#39;de bir sıcak plaka üzerinde cihazı ısıtın. </li></ol></li><li> Aldehid grubu modifikasyonu <ol><li> yüzeye aldehid grupları oluşturmak için oda sıcaklığında 1 saat süre ile% 12.5 glutaraldehid cihazı bırakın. Işık maruz kalmaktan kaçının. </li><li> Cihaz zekâ yıkayınH, 10 mM sodyum fosfat tampon maddesi (Na-PB pH 7.0) ve daha sonra, ve-darbe kuru azot ile cihazın yüzeyi. </li></ol></li><li> DNA probu immobilizasyon <ol><li> gece boyunca 1 uM, DNA probları içeren bir çözelti içinde cihazı bırakın. </li><li> 30 dakika reaksiyona girmemiş aldehid grupları bloke etmek için 4.0 mM NaBH3 CN ile, 10 mM Tris tampon maddesi (pH 8.0) &#39;de cihaz bırakın. </li><li> Na-PB (pH 7.0) ile üç kez cihaz yıkanır ve daha sonra azot ile cihazın yüzeyi fön. </li></ol></li></ol> pSNWFET Yüzey Modifikasyon 4. Onay ve Analizi <ol><li> Yüzey modifikasyonu, her adımda takip pH profili <ol><li> pH 3,0-9,0 10 mM Na--PB hazırlayın. <ol><li> Iyonu giderilmiş su içinde (Na 3 PO4) (pH 11.60) dodekahidrat tribazik, 10 mM sodyum fosfat hazırlayın. </li><li> Iyonu giderilmiş su içinde 10 mM fosforik asit hazırlanması (H3 PO 4)(PH 2.35). </li><li> 3.0 pH değerlerinde, 4.0, 5.0 ile tampon elde etmek için, pH değerinin ölçümü sırasında, 6.0, 10 mM Na 3 PO 4 tampon 500 ml pH elektrodu yerleştirin ve 10 mM H3 PO 4 tampon farklı hacimlerde bu çözelti karışımı , 7.0, 8.0 ve 9.0 arasındadır. </li></ol></li><li> AC iletkenlik ölçümü Not: Ölçüm devresi küçük bir AC sinyal jeneratörü ve sıvı geçit elektrodu olarak sunulan bir Au Mikro dahil. <ol><li> Her değişiklik adımında ölçümü 26 için en uygun sıvı kapı gerilimi (V LG) belirlemek (2.2, 3.1, 3.2, ve 3.3 adımlar). Not: Cihazın elektrik özellikleri, bu bölümde tarif edildiği gibi SNW dört yüzey değişiklikleri ölçüldü sonra. Aşama 2.2&#39;de doğal oksit tabakası içeren modifiye edilmemiş pSNWFET değiştirilmiş; APTES amino grubu ile cihaz modifiye 3.1 gerektirir aşama; adım 3.2 yüksüz ile değişiklik gerektirirGlutaraldehid fonksiyonel grup; ve adım 3.3 DNA probu değişiklik içerir. <ol><li> SNW ile doğrudan temas için: 10 mM Na-PB (pH 7.0), bir şırınga pompası kullanılarak SNW yüzeyine bir çözüm sunmak (5.0 mL / saat akış oranı). </li><li> 0.80 den 1.30 V V LG süpürme sırasında cihazın gerçek zamanlı iletkenliği ölçmek <ol><li> Oda sıcaklığında kilit tekniği 27 kullanılarak iletkenlik ölçümü yapın. </li><li> düşük gürültü akımı preamplifikatör kullanarak bir AC gerilim sinyali AC akım sinyalleri dönüştürmek. </li><li> 1.30 V (aralık = 0.02 V) 0.80 V LG artan üzerine iletkenlik (G) hakkında veri toplamak. </li></ol></li><li> Cihazın 26 optimal V LG (en hassas V LG) belirleyin. <ol><li> Eğrinin denklemini elde etmek için adım 4.1.2.1.2.3 gelen GV LG eğrileri çizilir. </li><li> Difdenklemini farklılaştıran ve V LG her noktasında değerlerini hesaplamak. </li><li> G adım 4.1.2.1.3.2 değeri bölün ve maksimum numarasına göre optimum V LG belirler. </li></ol></li></ol></li><li> Yüzey modifikasyon her adımında pH profili gerçek zamanlı iletkenlik ölçümü. <ol><li> Oda sıcaklığında kilit tekniği 27 kullanılarak iletkenlik ölçümü yapın. </li><li> düşük gürültü akımı preamplifikatör kullanarak AC gerilim sinyalleri içine AC akım sinyalini dönüştürmek. </li><li> Yüzey modifikasyonu (adım 2.2 her adımı için optimal V LG ayarlayın: V LG = 1.02, 3.1 adım: V LG = 0.98, adım 3.2: V LG = 0.98, ve adım 3.3: V LG = 1.0). </li><li> 5.0 ml / sa: 3.0 ila SNW yüzeyine 9.0 (akış hızı pH değerleri ile, 10 mM Na-PB çözeltisi sunmak) Ve 0.01 V&#39;luk bir boşaltma geriliminde iletkenlik verileri toplar </li></ol></li></ol></li></ol></li><li> Yüzey modifikasyonu, her adımda takip eden 10 mM Na--PB (pH 7.0), cihazın elektrik özellikleri (I D -V BG eğrisi) ölçümü (adım 2.2, 3.1, 3.2 ve 3.3.) Not: Cihazın elektrik özelliklerini SNW dört yüzey değişikliklerden sonra ölçüldü: Adım 2.2, yerli oksit tabakası içeren değiştirilmemiş pSNWFET değiştirilmiş; adım 3.1 APTES amin grubu ile cihazı değiştirme içerir; adım 3.2 glutaraldehit yüksüz fonksiyonel grup ile değişiklik gerektirir; ve adım 3.3 DNA probu değişikliği gerektirir. <ol><li> SNW ile doğrudan temas için: bir şırınga pompası kullanılarak (5.0 ml / saat debi) (2.2, 3.1, 3.2, ve 3.3 adımlar), 10 mM Na-PB (pH 7.0) SNW yüzeyine çözüm sunun. </li><li> Ben D ölçün </em&gt; Cihazın bir ticari yarıiletken analizörü ve yazılımı kullanarak (2.2, 3.1, 3.2, ve 3.3 adımlar). <ol><li> &quot;NMOSFET&quot; modunu seçin. </li><li> Modülleri - &quot;V BG Ben D&quot; seçeneğini seçin. Not: D drenaj / kaynak akımı ve V BG arka kapı gerilimdir. </li><li> 3,0 V -1 potansiyel kapısı (V BG) süpürme sırasında sabit bir önyargı gerilimi (V D = 0,5 V) Set (aralık = 0,2 V). </li><li> V BG eğrileri - I D elde etmek için Çalıştır simgesini tıklatın. </li></ol></li></ol></li></ol> 5. DNA Biyoalgılayıcı Not: Tipik bir deneyde, bu D - V, B, eğri G başka varyasyonu Obse olduğundan emin olmak için üç kez belirlenmektedirSVEd. <ol><li> Taban belirlenmesi <ol><li> Bir şırınga pompası kullanılarak 10 dakika için bir DNA probu immobilize SNW yüzeyine, 10 mM Na-PB çözeltisi (pH 7.0) teslim (akış hızı: 5.0 ml / saat) ve daha sonra 30 dakika boyunca SNW inkübe edin. </li><li> Cihazın (adımı tekrarlayın 4.2.2) I D ölçün. </li></ol></li><li> DNA algılama / DNA hibridizasyonu <ol><li> Bir şırınga pompası kullanılarak 10 dakika için bir DNA probu immobilize SNW yüzeyi üzerine yüklenebilir 22:00 tamamlayıcı hedef DNA (akış hızı: 5.0 ml / saat) ve daha sonra 30 dakika boyunca SNW inkübe edin. </li><li> Bağlanmamış hedef DNA yıkamak için: bir şırınga pompası kullanılarak 10 dakika boyunca SNW yüzeyi üzerine, 10 mM Na-PB çözeltisi (pH 7.0) teslim (5.0 mi / saat akış oranı). </li><li> Cihazın ben D ölçmek için adımı yineleyin 4.2.2. </li></ol></li><li> DNA / DNA hibridizasyon sinyali teyit. <ol><li> t üzerine yük 1 nM kurtarma DNA, DNA, bir şırınga pompası kullanılarak 10 dakika boyunca SNW yüzey probu immobilize (akış hızı: 5.0 ml / saat) ve daha sonra 30 dakika boyunca SNW inkübe edin. </li><li> Bir şırınga pompası kullanılarak 10 dakika boyunca SNW yüzeyi üzerine, 10 mM Na-PB çözeltisi (pH 7.0) teslim (: 5.0 ml / saat akış oranı). </li><li> Cihazın ben D ölçmek için adımı yineleyin 4.2.2. </li></ol></li><li> Negatif kontrol <ol><li> Bir şırınga pompası kullanılarak 10 dakika için bir DNA probu immobilize SNW yüzeyi üzerine yüklenebilir 100 pM olmayan tamamlayıcı DNA (akış hızı: 5.0 ml / saat) ve daha sonra 30 dakika boyunca SNW inkübe edin. </li><li> Bir şırınga pompası kullanılarak 10 dakika boyunca SNW yüzeyi üzerine, 10 mM Na-PB çözeltisi (pH 7.0) teslim (: 5.0 ml / saat akış oranı). </li><li> Cihazın ben D ölçmek için adımı yineleyin 4.2.2. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Lin, C. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+composition+and+interactions+of+mobile+charges+with+immobilized+molecules+on+polycrystalline+silicon+nanowires.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+detection+of+single+viruses.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+detection+of+small-molecule-protein+interactions+by+using+nanowire+nanosensors.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection,+stimulation,+and+inhibition+of+neuronal+signals+with+high-density+nanowire+transistor+arrays.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+electrochemical+calcium+sensors+by+using+silicon+nanowires+modified+with+phosphotyrosine.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+detection+of+protein-protein+interactions+using+a+calmodulin-modified+nanowire+transistor.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-sensitive+detection+of+bacterial+toxin+with+silicon+nanowire+transistor.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasensitive+detection+of+dopamine+using+a+polysilicon+nanowire+field-effect+transistor.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+ultrasensitive+electrical+detection+of+DNA+and+DNA+sequence+variations+using+nanowire+nanosensors.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly-silicon+nanowire+field-effect+transistor+for+ultrasensitive+and+label-free+detection+of+pathogenic+avian+influenza+DNA.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+biosensing+of+a+gene+mutation+using+a+silicon+nanowire+field-effect+transistor.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon+nanowire+biosensor+for+highly+sensitive+and+rapid+detection+of+Dengue+virus.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CMOS-compatible+silicon+nanowire+field-effect+transistors+for+ultrasensitive+and+label-free+microRNAs+sensing.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiplexed+electrical+detection+of+cancer+markers+with+nanowire+sensor+arrays.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signal+enhancement+of+silicon+nanowire-based+biosensor+for+detection+of+matrix+metalloproteinase-2+using+DNA-Au+nanoparticle+complexes.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+silicon+nanowire+field-effect+transistors+for+fast+protein-protein+interaction+screening.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+sensitive+and+selective+magnetic+graphene+composite-modified+polycrystalline-silicon+nanowire+field-effect+transistor+for+bladder+cancer+diagnosis.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+detection+of+VEGFs+for+cancer+diagnoses+using+anti-vascular+endotherial+growth+factor+aptamer-modified+Si+nanowire+FETs.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+electrical+detection+of+cardiac+biomarker+with+complementary+metal-oxide+semiconductor-compatible+silicon+nanowire+sensor+arrays.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+and+rapid+electrical+detection+of+hTSH+with+CMOS-compatible+silicon+nanowire+transistor+arrays.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic-composite-modified+polycrystalline+silicon+nanowire+field-effect+transistor+for+vascular+endothelial+growth+factor+detection+and+cancer+diagnosis.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon+Nanowire+Biosensor+for+Highly+Sensitive+and+Multiplexed+Detection+of+Oral+Squamous+Cell+Carcinoma+Biomarkers+in+Saliva.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+and+low-cost+method+to+fabricate+TFTs+with+poly-Si+nanowire+channel.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+characterization+of+nanowire+transistors+with+solid-phase+crystallized+poly-Si+channels.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of semiconductor manufacturing technology. , (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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+the+sensitivity+of+nanowire-based+biosensors+using+liquid-gating.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+lock+in+amplifier:+study,+design+and+development+with+a+digital+signal+processor.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force+titrations+and+ionization+state+sensitive+imaging+of+functional+groups+in+aqueous+solutions+by+chemical+force+microscopy.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+evaluation+of+the+FluChip+diagnostic+microarray+for+influenza+virus+surveillance.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+detection+and+differentiation+of+Newcastle+disease+and+avian+influenza+viruses+using+oligonucleotide+microarrays.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recovery+Based+Nanowire+Field-Effect+Transistor+Detection+of+Pathogenic+Avian+Influenza+DNA.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Well+controlled+assembly+of+silicon+nanowires+by+nanowire+transfer+method.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sequence-specific+label-free+DNA+sensors+based+on+silicon+nanowires.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-performance+nanowire+electronics+and+photonics+on+glass+and+plastic+substrates.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanowire+nanosensors+for+highly+sensitive+and+selective+detection+of+biological+and+chemical+species.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanowire-based+biosensors.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+poly-silicon+nanowire+field+effect+transistor+for+biosensing+application.">Novel poly-silicon nanowire field effect transistor for biosensing application.</a> Biosens Bioelectron. 24, 1223-1229 (2009).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Yukarıdan aşağıya ticarileştirme ve aşağıdan yukarı fabrikasyon sSNWFETs için nedeniyle maliyeti 32,33, SNW konum kontrolü 34,35 ve düşük üretim ölçeği 36 zor kabul edilir yaklaşır. Buna karşılık, pSNWFETs imalatı basit ve düşük maliyetli 37&#39;dir. Yanak boşluk oluşumu tekniği (Şekil 1) ile yukarıdan aşağıya bir yaklaşım ve kombinasyonu ile, SNW boyutu reaktif plazma aşındırma süresini ayarlayarak kontrol edilebilir. Şekil 1a pSNWFET arasında nanotelleri hazırlanması için işlemler kolayca ticari yarı iletken tesislerine uyarlanabilir. Sonuç olarak, pSNWFETs maliyet etkinliği, basit bir yapım tekniği, bir CMOS ile uyumlu üretim süreci de dahil olmak üzere pek çok avantajları vardır ve bu nedenle biosensörleme uygulanabilir. yarı-iletken cihazın fabrikasyon aksine, bir işlem de Comme tanımlananrcial tesisleri, cihazdaki bioprobe immobilizasyonu her özel uygulama için farklılık gösterebilir. SNW yüzeyi üzerinde, DNA probunun immobilizasyon bir örnek olarak, Şekil 2a&#39;da gösterilmiştir. Bu antikorlar, aptamerler, ve enzimler gibi diğer bioprobes, aynı zamanda, farklı hedeflerin tespiti için SNW yüzeyi üzerinde hareketsiz hale getirilebilir. Aşağıdaki adımları başarıyla DNA probu hareketsiz hale için kritik öneme sahiptir. Protokolde, AS-imal pSNWFET cihazı temizlenir ve oksijen plazma ile muamele edildi ve daha sonra SNWs ilgili amin grupları oluşturmak için bir APTES / etanol çözeltisi içinde daldırılmıştır. Daha sonra, aygıt yüzeyi üzerine aldehit grupları oluşturmak için bir glutaraldehid çözeltisi içine daldırılmaktadır. Bu gruplar, daha sonra 5&#39;-aminomodified DNA probu konjüge edilir. Çapraz-bağlayıcı moleküller ve bioprobe arasındaki birden fazla aşamalı bağlaçlar, bir biyosensor yarı iletken cihaz dönüştürmek için gerekli oldu. Böylece, her adım başarılı olmasını sağlamak için çok önemlidir. Her adımdaDNA probu immobilizasyon XPS analizi ve yüzeyin kompozisyon ve kimya teyit etmek için kullanıldı. Şekil 2B&#39;de gösterildiği gibi, karbon, oksijen ve azot atom konsantrasyonları, ilgili tepe XPS taramaları esas alınarak belirlenmiştir. DNA probu ilavesi üzerine, en önemli değişiklik, karbon ve azot konsantrasyonlarında bir artış vardı. Bir artış eğilimi DNA probu hareketsizleştirme prosedürü her adımında, karbon ve azot konsantrasyonlarında gözlenmiştir. yerli hidroksil grubu yüzey modifikasyonu ile kaplı oldu çünkü oksijen konsantrasyonu işlem sırasında azalmıştır. Bu sonuçlar, DNA probu Şekil 2c, D ve E&#39;de gösterildiği gibi, elektrik özellikleri değişikliği ile tutarlı olan, hareketsiz olduğunu ortaya koymuştur. Yukarıda belirtilen işlemler başarısız yüzey modifikasyonu halinde giderme için yararlıdır. Bununla birlikte, genellikle ağırlık için ayrı ayrı gerçekleştirilirafer nanotel yüzeyi üzerinde benzer bir malzeme ile kaplanmıştır. Aşağıdaki paragraflarda tarif edildiği gibi modifiye edilmiş cihazın elektrik özellikleri değişikliklerin doğrudan kanıt, cihazda yüzey modifikasyonu sonucu teyit etmek için gereklidir. Şirketinden FET aygıt yüzeyi değişiklikleri izlemek için en sık kullanılan yöntemlerden birisi Şekil 2 ve d&#39;de gösterildiği gibi, pH duyarlı olan. Farklı yüzey değişiklikleri büyük ölçüde farklı ortamlarda pSNWFET yüzey potansiyelini etkileyen SNW yüzeyinde görevli varyasyon ile sonuçlanır. Bu SNW yüzeyi üzerinde fonksiyonel grupların tekabül eden iletkenlikteki değişiklikleri tespit etmek için geniş aralığı pH tampon çözeltileri kullanılır. mekanik bir açıdan bakıldığında, (hidrojen iyonları artış) pH değeri değişen iletkenlik artışı accumulati ile n-tipi FET &quot;açar&quot; pozitif yüzey yükünün artması ile uyumludurElektronların üzerine. pSNWFET iletkenliğine gerçek zamanlı elektrik tepkileri 3.0 ila 9.0 arasında değişen pH değerleri ile tampon çözeltiler olarak ölçülebilir. Bu raporda tarif edilen yöntemler, bir yarı-iletken tabanlı sensör biyo-algılayıcı bir uygulama için hazır olup olmadığını incelemek için de yararlıdır. Şekil 2e, cihazın elektrik özelliklerinin doğrudan ölçüm ile yüzey modifikasyonu sonucunu belirlemek için uygun bir yöntem göstermektedir. Ben D değişiklikler - Şekil 2e gösterilen V G eğrileri SNW yüzeyinde DNA probu immobilizasyon her aşamasında ile uyumludur. Elde edilen sonuçlara göre, pSNWFETs doğrudan bioprobe immobilizasyon her adımında prosedürü teyit etmek için de kullanılabilir. Bu sonuç, aynı zamanda modifiye pSNWFET biyo-algılayıcı uygulama için hazır olduğunu belirtir. Bu işlemler sırasında immobilizasyon prosedüründe özellikle yararlıdıres iyi bilinmektedir. Bir pSNWFET bazlı biyosensör işlevi bir örnek olarak (Şekil 3) AIV alt H1 DNA tespit ile incelenmiştir. Prob ve hedef DNA kullanılarak, çünkü DNA moleküllerinin yapıları ve arzu edilen DNA dizisini elde etmek için uygun teknikler stabilitesine yönelik yeni bir biyosensör gelişimini gösteren uygundur. Bir negatif kontrol olarak noncomplementary DNA kullanılarak ek olarak, bir geri kazanma sistemi ile pSNWFET DNA hibridizasyonu gösterdi. yeni bir sistem ya da aygıtı biyo-algılayıcı deneyleri için kullanıldığında, bu, özellikle yararlıdır. Birçok adımlar cihaz imalattan gelen biyoalgı uygulamasına sürecine dahil edilmektedir. Her adım nihai sonucu etkiler. Ayrıca, yanlış pozitif veya yanlış negatif sonuçlar nedeniyle genellikle biyoalgı ortamının karmaşıklığı biyoalgı deneylerde elde edilir. Böylece, kontrollü deneyler kritik ve bu çalışmada ortaya kazanım sistemi olabilir büyük ölçüde facillaştırır deneysel sonuçlarla müdahale beklenmedik faktörlerin belirlenmesi. Şu anda kullanılan pSNWFET tabanlı biyosensör için ana sınırlamalar pSNWFET cihazın kullanılabilirliği ve ölçümü için kullanılan enstrümantasyon vardır. Ancak, bu iki sınırlama kolayca yakın gelecekte üstesinden gelinebilir. SNWFETs birçok tipi literatürde bildirilmiştir. Bu çalışmada, gösterilmiştir pSNWFET önce standart yarı iletken bir işlem kullanılarak imal edilen ve kütle ticari levhasının üretim sürecinin yalnızca küçük ayarlamalar ile üretilebilir. Bu çalışmada ölçümü için kullanılan enstrümantasyon standart yarı iletken çip analizörü oldu. Bu, cihazın yüklü uygun bir entegre devre içeren, bir taşınabilir enstrümantasyon tasarlanmış ve mevcut elektronik teknolojisi kullanılarak imal edilebilir, anlamına gelir. Sonuç olarak, bir pSNWFET DNA algılama için tam prosedürü açıklar. IMMOB çünküyonu prosedürü güçlü Bu protokol adım adım bioprobe hareketsizleştirme teyidini ve DNA biyo-algılayıcı uygulamaları için cihazın hazır içerir etkili biyomoleküllerin tespit etmek için bir biyosensör yeteneğini etkiler. Benzer prosedürler ayarlamalar gerekli olan birçok benzeri biyo-algılayıcı uygulamaları için bu rapordan uyarlanabilir. Bu rapor ayrıca teyit ve bioprobe ve cihaz yüzey değişikliklerinin immobilizasyon sorun giderme için protokoller açıklanmaktadır. Çeşitli biyosensör için talep de artıyor. Bu raporda açıklanan yöntemler hazırlanması ve yarı iletken tabanlı biyosensörler geliştirilmesi için uygun bir referanstır.

Silikon nanotel alan etkili transistörler (SNWFETs) ultra yüksek hassasiyet avantajlarını ve çevresel yük değişimine doğrudan elektrik tepkiler var. negatif (ya da pozitif) yüklü molekülün silikon nanotel (SNW) yaklaşımları, örneğin n-tipi SNWFETs olarak, SNW alt taşıyıcı tükenmiş (veya biriken) vardır. Sonuç olarak, SNWFET iletkenliği azalır (veya artar) 1. Bu nedenle, SNWFET cihazının SNW yüzeyine yakın bir şarj molekülü tespit edilebilir. hücre yüzeyi üzerinde enzimler, proteinler, nükleotitleri, ve çok sayıda moleküller de dahil olmak üzere Kişisel biyomoleküllerin yük taşıyıcıları ve SNWFETs kullanılarak izlenebilir. Özellikle SNW bir biyomoleküler prob hareketsiz uygun bir modifikasyon ile bir SNWFET etiket içermeyen biyosensör olarak geliştirilebilir. biyomarkerlar kullanılarak Gözetim hastalıklarının tanısı için önemlidir. Tablo 1 &#39;de gösterildiği gibi, bir çok çalışma NWFE kullandık3 bağlanma tek virüsü 2, adenozin trifosfat ve kinaz dahil olmak üzere T tabanlı etiketi içermeyen, ultra-yüksek-duyarlılığı biyosensörler ve çeşitli biyolojik hedefleri gerçek zamanlı saptama, nöronal sinyaller 4, metal iyonları, 5,6, bakteriyel toksinler 7, dopamin 8, DNA 9-11 RNA 12,13, enzim ve kanser biyolojik 14-19, insan hormonlar 20, ve sitokinler 21,22. Bu çalışmalar, NWFET biyosensörler çözeltisi içinde, biyolojik ve kimyasal türlerin geniş bir yelpazesi için güçlü bir algılama platformu temsil olduğunu göstermiştir. SNWFET bazlı biyosensör, cihazın SNW yüzeyi üzerinde hareketsiz prob belirli biotarget tanır. Bir bioprobe immobilize genellikle bir dizi adımı içerir ve her adımda düzgün biyosensör düzgün işleyişini sağlamak için yapılır önemlidir. Çeşitli teknikler s analizi için geliştirilmiştirX-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), Elipsometri, temas açısı ölçümü, atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) de dahil olmak üzere, sert bir terkip. Böyle XPS, Elipsometri ve temas açısı ölçümü gibi yöntemler diğer benzer malzemeler üzerinde yapılan paralel deneyler bağımlı iken böyle AFM ve SEM gibi yöntemler, nanotel cihazda bioprobe immobilizasyon doğrudan kanıtlar sunmaktadır. Bu yazıda, iki bağımsız yöntemler kullanarak her değişiklik adımında onay açıklar. XPS polisilikon gofret belirli atomların konsantrasyonlarını incelemek için kullanılır, ve cihazın elektrik özelliklerinde değişimler doğrudan SNW yüzeyinde yük değişimini onaylamak için ölçülür. Biz bu protokolü göstermek için bir örnek olarak polikristal SNWFETs (pSNWFETs) kullanarak DNA biyoalgı kullanır. SNW yüzeyinde bir DNA probunun hareketsiz hale üç adımdan oluşur: SNW, al yerli hidroksil yüzeyinde amin grubu değişikliğifeniltiyoasetaldehit grup modifikasyonu ve 5&#39;-aminomodified DNA prob immobilizasyon. Yüzey ücretleri kanal akımı ve iletkenlik 1 alter kapısı dielektrik üzerinde yerel arayüz potansiyel değişikliklere neden çünkü her değişiklik adımında, cihaz doğrudan SNW yüzeyinde hareketsiz fonksiyonel grubun sorumlu değişimini algılayabilir. elektriksel pSNWFET cihazın elektrik özelliklerini modüle SNW yüzeyini çevreleyen Masraflar; Bu nedenle, SNW yüzey özellikleri pSNWFET cihazları elektriksel özelliklerinin belirlenmesinde önemli bir rol oynar. rapor edilen prosedürlere olarak, SNW yüzeyi üzerinde bir bioprobe immobilizasyonu ile doğrudan tespit edilebilir ve elektrikli ölçüm yoluyla teyit ve cihaz biyo-algılayıcı uygulamaları için hazırlanır.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="862">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:327px;">Acetone</td>
			<td style="width:191px;">ECHO</td>
			<td style="width:179px;">AH-3102</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:327px;">(3-Amonopropyl)triethoxysilane (APTES), &#8805;98%</td>
			<td style="width:191px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:179px;">A3648</td>
			<td>Danger</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:327px;">Ethanol, anhydrous, 99.5%</td>
			<td style="width:191px;">ECHO</td>
			<td style="width:179px;">484000203108A-72EC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:327px;">Glutaraldehyde solution (GA), 50%</td>
			<td style="width:191px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:179px;">G7651</td>
			<td>Avoid light</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:327px;">Sodium cyanoborohydride, &#8805;95.0%&#160;</td>
			<td style="width:191px;">Fluka</td>
			<td style="width:179px;">71435</td>
			<td>Danger and deliquescent</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:327px;">Sodium phosphate tribasic dodecahydrate, &#8805;98%</td>
			<td style="width:191px;">Sigma</td>
			<td style="width:179px;">04277</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:327px;">Phosphoric acid, &#8805;99.0%</td>
			<td style="width:191px;">Fluka</td>
			<td style="width:179px;">79622</td>
			<td>Deliquescent</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Photoresist (iP3650)</td>
			<td style="width:191px;">Tokyo Ohka Kogyo Co., LTD</td>
			<td style="width:179px;">THMR-iP3650 HP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:327px;">Synthetic oligonucleotides, HPLC purified</td>
			<td style="width:191px;">Protech Technology</td>
			<td style="width:179px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:327px;">Tris(hydroxymethyl)aminomethane (Tris), &#8805;99.8%</td>
			<td style="width:191px;">USB</td>
			<td style="width:179px;">75825</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:327px;">Keithley 2636 System SourceMeter</td>
			<td style="width:191px;">Keithley</td>
			<td style="width:179px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:327px;">SR830 DSP Lock-In Amplifier</td>
			<td style="width:191px;">Stanford Research Systems</td>
			<td style="width:179px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:327px;">SR570 Low-noise Current Preamplifier</td>
			<td style="width:191px;">Stanford Research Systems</td>
			<td style="width:179px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:327px;">Ni PXI Express</td>
			<td style="width:191px;">National Instruments</td>
			<td style="width:179px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of silicon nanowire field-effect transistor for chemical and biosensing applications

Surveillance using biomarkers is critical for the early detection, rapid intervention, and reduction in the incidence of diseases. In this study, we describe the preparation of polycrystalline silicon nanowire field-effect transistors (pSNWFETs) that serve as biosensing devices for biomarker detection. A protocol for chemical and biomolecular sensing by using pSNWFETs is presented. The pSNWFET device was demonstrated to be a promising transducer for real-time, label-free, and ultra-high-sensitivity biosensing applications. The source/drain channel conductivity of a pSNWFET is sensitive to changes in the environment around its silicon nanowire (SNW) surface. Thus, by immobilizing probes on the SNW surface, the pSNWFET can be used to detect various biotargets ranging from small molecules (dopamine) to macromolecules (DNA and proteins). Immobilizing a bioprobe on the SNW surface, which is a multistep procedure, is vital for determining the specificity of the biosensor. It is essential that every step of the immobilization procedure is correctly performed. We verified surface modifications by directly observing the shift in the electric properties of the pSNWFET following each modification step. Additionally, X-ray photoelectron spectroscopy was used to examine the surface composition following each modification. Finally, we demonstrated DNA sensing on the pSNWFET. This protocol provides step-by-step procedures for verifying bioprobe immobilization and subsequent DNA biosensing application.

Çeşitli SNWFETs biyosensörler (Tablo 1) transdüser olarak hizmet etmek için rapor edilmiştir. Tek kristalli SNWFETs (sSNWFETs) ve pSNWFETs sulu çözeltiler içinde dönüştürücü gibi karşılaştırılabilir elektrik özellikler gösterirler ve her iki birçok biyo-algılayıcı uygulamaları için rapor edilmiştir. Bu çalışmada kullanılan pSNWFET cihazının avantajlı bir özelliği, basit ve düşük maliyetli bir imalat işlemidir. Şekil 1a pSNWFET imal katılan önemli adımlar gösterilmektedir. 6 inç gofret (Şekil 1 b) ve tek bir cihaz SEM görüntüleri (Şekil 1c) bir kalıbın bir optik görüntü (iki SNWs, yaklaşık 100 genişliği nm ve uzunluğu 1.6 mm) elde edilmiştir. Şekil 2a SNW yüzeyinde DNA probu immobilizasyon prosedürü göstermektedir. Her değişiklik adım XPS (Şekil 2b kullanılarak teyit edildi </strong&gt;). Gerçek zamanlı iletkenliği pH profili (Şekil 2c, d); SNW yüzey modifikasyonu çeşitli aşamalarında gösterilmiştir. SNW yüzeyinde yerel oksit tabakası içeren modifiye edilmemiş pSNWFET için, hidroksil grupları (-OH) yüklü gruplar oluşturmak için iyonize edildi (= O -) pH değerlerine (siyah çizgi) artan. 9.0 pH 6.0&#39;da iletkenlik azalması hidroksil grubunun aynı asit ayrılma (pKa) yaklaşık 7.0 ayarlanabilir gösterir. Geçirgenlik olasılıkla cihaz özellikleri 1. etki, çünkü iyonik gücü artışı 6.0 pH 3.0 artar. APTES modifikasyon sonrasında, APTES&#39;le modifiye cihazın iletkenlik yanıt yüksek bir varyasyon (kırmızı çizgi) göstermiştir. APTES amin grubu (pKa = 4.0), bir pozitif yük 28 üretilmesi için bir düşük pH değerinde proton edilebilir. Bu nedenle, SNW iletkenlik pH değerleri ayrık değişiklikler azalmıştır9.0, 3.0. SNW glutaraldehit ile modifiye edildikten sonra tepki 3.0 ila 9.0 (mavi çizgi) arasında değişen pH iletkenlik için nispeten istikrarlı oldu. Bu pH ortamlarında değişikliğe duyarlı olan yüksüz bir fonksiyonel grup bağlanabilir. negatif yüklü DNA probu hareketsiz sonra nihayet, iletkenlik hafifçe pH değerlerinde bir artış (yeşil hat) azalmıştır. Farklı değişikliklerle cihazı (Şekil 2e) elektrik özelliklerinde kayma SNW yüzeyinde değişikliği onaylar. Bu tür deneylerde, modifiye edilmemiş pSNWFET I D-V G eğrisi başlangıçta (siyah çizgi) olarak kullanılmıştır. SNW APTES dalmış sonra, cihazın ben D-V G eğrisi nedeniyle SNW yüzey Caus pozitif yükün sol (şimdiki artan) kaymıştırAPTES (kırmızı çizgi siyah) amino grup tarafından ed. APTES modifiye cihaza glutaraldehit konjugasyon sonra D-V G eğrisi nedeniyle imit bağ oluşumu sağında geri kaymıştır. pozitif yüklü amin (mavi çizgi kırmızı) nötr yüklü imid dönüştürüldü çünkü mevcut azalmıştır. Son olarak, 5&#39;-amnimodified DNA probu APTES-glutaraldehit ile modifiye edilmiş bir cihaza bağlanmak için sunulmuştur. DNA şeker-fosfat omurgası I D-V G eğrisi n-tipi FET negatif iyonların etkisi ile tutarlı en sağ (yeşil hattına mavi), kaydırmaya neden oldu. PSNWFET DNA / DNA hibridizasyonu tespiti, Şekil 3 &#39;de gösterilmiştir. Kuş gribi virüsü (AIV) tespit edilmesi için tasarlanan prob, hedef, kurtarma ve noncomplementary DNA dizilerini 29,30 </s&gt; Tablo l&#39;de gösterilmiştir fazla 2., 10 mM Na-PB (pH 7.0) &#39;de elde edilen bir DNA probu ile modifiye edilmiş pSNWFET I D-V G eğrisi başlangıçta (siyah) olarak kullanılmıştır. Daha sonra, 22:00 hedef DNA SNW yüzey üzerinde hareketsiz DNA probu ile hibridize tanıtıldı ve cihazın boşaltma akımı belirgin bir azalış (kırmızı çizgi) gözlenmiştir. Azalmış I D n-tipi SNWFET SNW yüzeyde (fosfat omurgası kaynaklanan) bir artış negatif yük ima etti. Kurtarma DNA hedef DNA ile rehybridize ve DNA probu 31 serbest bırakmak için tasarlanmıştır. Kurtarma DNA, uygun bir şekilde tasarlanmış ise daha tamamlayıcı nükleotidleri, bu iki DNA şeridinin prob ve hedef DNA arasındaki daha (Tablo 1) mevcut olduğu için, reaksiyon, termodinamik olarak, hedef geri DNA dubleksin rehybridization yanadır. 1 nM kurtarma DNA ekleme (mavi çizgi) Ayrıca, hedef DNA&#39;nın, elektrik tepkisi prob, hedef DNA&#39;ya hibridizasyonu bağlı olduğunu doğruladı ve daha sonraki deneyler için tekrar kullanılabilir bir DNA probu, serbest bıraktı. Bir negatif kontrol olarak, noncomplementary DNA, [AIV alt H5 hedef DNA] (100 pM), aynı zamanda enjekte edilmiş ve DNA probu ile karıştırılır, ve D-V G eğrisi değişmeden kalmıştır. pSNWFET üzerinde immobilize DNA probu noncomplementary DNA karşı duyarsızdır. V G eğrisi - Sadece DNA I D fark edilir bir değişim neden hedef. Ben D - V G eğrisi kurtarma DNA ile inkübasyon aşağıdaki taban döner. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/53660/53660fig1highres.jpg" width="700" /> PSNWFET cihazın Şekil 1. hazırlanması. Cihazı Fabri (a), Şemakatyon. (I) bir 6 inç silisyum 100 nm-kalınlıkta termal oksit tabakası ile kapatılmıştır. Sonraki 50-nm kalınlığında nitrür ve 100 nm kalınlığında TEOS katmanları LPCVD kullanarak başlangıç ​​materyalleri olarak tevdi edilmiştir. (Ii) TEOS yapay yapısı tanımlanır ve standart litografi ile oluşturulmuştur; İki yalıtkan tabakalar (oksit ve nitrür) kapı dielektrik olarak görev yaptı. (Iii) 100-n-kalın α-Si katmanı LPCVD kullanılarak tevdi edildi ve tavlama sonra poli-Si içine α-Si dönüştürmek için yapılmıştır. (Iv) S / D doping sonra fosfor iyon implantasyonu yoluyla gerçekleştirildi. (H) yan Si kanalları standart litografi kullanarak kendinden biçimde ayarlanmış olarak oluşturulmuştur. (Vi) pSNW ile fabrikasyon cihaz yapısının üstten görünümü. (B) pSNWFET biyosensör çipinin optik görüntüler. (C) Tek pSNWFET cihazının SEM görüntüsü. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53660/53660fig1highres.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <pkeep-together.within sayfa = &quot;1&quot;&gt;: fo class = &quot;jove_content&quot; <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/53660/53660fig2highres.jpg" width="700" /> PSNWFET Şekil 2. Yüzey modifikasyonu ve doğrulama. DNA ve DNA / DNA hibridizasyonu (a), Şema yüzeyinin işlevsellik. (B) hareketsiz DNA prob sıralı aşamalı yüzey modifikasyonu yapıldı silikon (örnekleme derinliği = 7.5 nm) dan C1S, O1s ve N1s sinyallerinin XPS spektrumları. Yüksek çözünürlüklü spektrumları elde edildi ve toplam enerji çözünürlüğü 0.1 eV ayarlandı. (C) bir yüzey modifikasyonu her adımında çeşitli pH değerlerinde Gerçek zaman eğrisi; 10 mM Na-PB aşağıdaki sırayla enjekte edildi: pH 7.0 → pH 6.0 → pH 5.0 → pH 4.0 → pH 3.0 → pH 4.0 → pH 5.0 → pH 6.0 → pH 7.0 → pH 8.0 → pH 9.0 → pH 8.0 → pH 7.0 . (D) Ortalama iletkenlikYüzey modifikasyonu, her adımda takip 3.0 ila 10 mM Na-PB ile 9.0&#39;a pH değerlerinde mesafe,. (E) Elektrik özellikleri (I D - V BG yüzey modifikasyonu her adımında pSNWFET eğrileri). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53660/53660fig2highres.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53660/53660fig3highres.jpg" width="450" /> PSNWFET Şekil 3. DNA biyo-algılayıcı. DNA probu ile modifiye edilmiş pSNWFET I D-V G eğrileri, 10 mM Na-PB (pH 7) (siyah çizgi) elde edildi. D&#39;nin V G eğrisi sondanın hibridizasyon izlenmiş ve DNA (kırmızı çizgi) hedef 10 m 22:00, hedef DNA ve yıkama, bunu sokulmasıyla elde edilmiştirM Na-PB (pH 7). DNA probu (mavi çizgi), hedef DNA kaldırmak için 1 nM geri DNA eklenmesi ile geri kazanılmıştır. Noncomplementary DNA, bu deney (yeşil hat) negatif kontrol olarak kullanılmıştır. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Biyo-Hedef </td><td> Duyarlılık </td><td> kristal </td><td> tip </td><td> Referans </td></tr><tr><td> pH </td><td></td><td> tek </td><td> p </td><td> 35 </td></tr><tr><td> Kistik fibrozis ΔF508 </td><td> 3 bazlar silme </td><td> tek </td><td> p </td><td> 9 </td></tr><tr><td> influenza A </td><td> tek virüs </td><td> tek </td><td> p </td><td> 2 </td></tr><tr><td> ATP algılama </td><td> 01:00 </td><td> tek </td><td> p </td><td> 3 </td></tr><tr><td> telomeraz </td><td> 10 Hela hücresi</td><td> tek </td><td> p </td><td> 14 </td></tr><tr><td> PSA / CEA / Musin-1 </td><td> &lt;1.4 / 2/5 ug / ml </td><td> tek </td><td> n / p </td><td> 14 </td></tr><tr><td> nöronal sinyal </td><td></td><td> tek </td><td> n / p </td><td> 4 </td></tr><tr><td> Ca 2 + </td><td> 100 nM </td><td> tek </td><td> n </td><td> 5 </td></tr><tr><td> Bakteriyel toksin (SEB) </td><td> 10 FM </td><td> poli </td><td> p </td><td> 7 </td></tr><tr><td> dopamin </td><td> 1 FM </td><td> poli </td><td> n </td><td> 8 </td></tr><tr><td> Troponin-T </td><td> 1 FG / ml </td><td> tek </td><td> n </td><td> 19 </td></tr><tr><td> Vasküler endotelyal büyüme faktörü </td><td> 1.04 / 0.104 nM </td><td> tek </td><td> n / p </td><td> 18 </td></tr><tr><td> BRAF V599E </td><td> 1-baz-uyuşmazlığı </td><td> tek </td><td> n </td><td> 11 </td></tr><tr><td&gt; AIV DNA </td><td> 1 FM </td><td> poli </td><td> n </td><td> 10 </td></tr><tr><td> Avidin / streptavidin </td><td> 1.48 nM / 167 FM </td><td> poli </td><td> n </td><td> 37 </td></tr><tr><td> Ca 2 + / Troponin I </td><td> 1 uM / 7 nM </td><td> tek </td><td> p </td><td> 6 </td></tr><tr><td> Dang serotip 2 RNA </td><td> &lt;10 FM </td><td> tek </td><td> n </td><td> 12 </td></tr><tr><td> CaM Protein Kinaz </td><td> ifade eden hücre lizatı </td><td> tek </td><td> p </td><td> 16 </td></tr><tr><td> Matris metaloproteinaz-2 </td><td> 100 FM </td><td> tek </td><td> p </td><td> 15 </td></tr><tr><td> MikroRNA&#39;lar (miR-21 / miR-205) </td><td> 1 zeptomole (yaklaşık 600 kopya) </td><td> tek </td><td> p </td><td> 13 </td></tr><tr><td> Vasküler endotelyal büyüme faktörü </td><td> 1.25 ug / ml </td><td> poli </td><td> n </td><td&gt; 21 </td></tr><tr><td> İnsan tiroid uyarıcı hormon </td><td> 12:11 </td><td> tek </td><td> n </td><td> 20 </td></tr><tr><td> Apolipoprotein A II proteini </td><td> 6.7 ug / ml </td><td> poli </td><td> n </td><td> 17 </td></tr><tr><td> Interleukin-8 / tümör nekroz faktörü α </td><td> 10 FG / ml </td><td> tek </td><td> n </td><td> 22 </td></tr></tbody></table> Biotargets Tablo 1. Kısmi liste SNWFET cihazları kullanılarak incelendi. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> oligonükleotidler </td><td> Sıra </td></tr><tr><td> AIV H1 5&#39;-aminomodified prob DNA, </td><td> 5&#39;-NH2-C6 -CACACTCTGTCAACCTAC-3 &#39; </td></tr><tr><td> AIV H1 hedef DNA </td><td> 5&#39;-CCATTGTGACTGTCCTCAAGTAGGTTGACAGAGTGTG-3 &#39; </td></tr><tr><td> AIV H1 kurtarma DNA </td><td> 5&#39;-CACACTCTGTCAACCTACTTGAGGACAGTCACAATGG-3 &#39; </td></tr><tr><td> Sigara tamamlayıcı DNA (AIV H5 hedef DNA) </td><td> 5&#39;-TGATAACCAATGCAGATTTG-3 &#39; </td></tr></tbody></table> Sentetik oligonükleotidlerin Tablo 2. dizileri.

Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Silicon Nanowire Field-effect Transistor for Chemical and Biosensing Applications at JoVE.com

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

We describe key steps for biosensing by using polysilicon nanowire field-effect transistors, including the preparation of the device and the immobilization and confirmation of a DNA molecular probe on the nanowire surface, as well as conditions for DNA sensing.

Kimya ve Biyoalgılayıcı Uygulamaları için Silikon Nanotel Alan etkili Transistör hazırlanması

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

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

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Electrical Engineering

Bioengineering

Unit 1

Transistors

SCIENTISTS IN ACTION

11.0K Görüntüleme.  National Chiao Tung University. We describe key steps for biosensing by using polysilicon nanowire field-effect transistors, including the preparation of the device and the immobilization and confirmation of a DNA molecular probe on the nanowire surface, as well as conditions for DNA sensing.

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

Soft Lithographic Functionalization and Patterning Oxide-free Silicon and Germanium

The development of hybrid electronic devices relies in large part on the integration of (bio)organic materials and inorganic semiconductors through a stable interface that permits efficient electron transport and protects underlying substrates from oxidative degradation. Group IV semiconductors can be effectively protected with highly-ordered self-assembled monolayers (SAMs) composed of simple alkyl chains that act as impervious barriers to both organic and aqueous solutions. Simple alkyl SAMs, however, are inert and not amenable to traditional patterning techniques. The motivation for immobilizing organic molecular systems on semiconductors is to impart new functionality to the surface that can provide optical, electronic, and mechanical function, as well as chemical and biological activity. 
Microcontact printing (&mu;CP) is a soft-lithographic technique for patterning SAMs on myriad surfaces.1-9 Despite its simplicity and versatility, the approach has been largely limited to noble metal surfaces and has not been well developed for pattern transfer to technologically important substrates such as oxide-free silicon and germanium. Furthermore, because this technique relies on the ink diffusion to transfer pattern from the elastomer to substrate, the resolution of such traditional printing is essentially limited to near 1 &mu;m.10-16
In contrast to traditional printing, inkless &mu;CP patterning relies on a specific reaction between a surface-immobilized substrate and a stamp-bound catalyst. Because the technique does not rely on diffusive SAM formation, it significantly expands the diversity of patternable surfaces. In addition, the inkless technique obviates the feature size limitations imposed by molecular diffusion, facilitating replication of very small (&lt;200 nm) features.17-23 However, up till now, inkless &mu;CP has been mainly used for patterning relatively disordered molecular systems, which do not protect underlying surfaces from degradation.
Here, we report a simple, reliable high-throughput method for patterning passivated silicon and germanium with reactive organic monolayers and demonstrate selective functionalization of the patterned substrates with both small molecules and proteins. The technique utilizes a preformed NHS-reactive bilayered system on oxide-free silicon and germanium. The NHS moiety is hydrolyzed in a pattern-specific manner with a sulfonic acid-modified acrylate stamp to produce chemically distinct patterns of NHS-activated and free carboxylic acids. A significant limitation to the resolution of many &mu;CP techniques is the use of PDMS material which lacks the mechanical rigidity necessary for high fidelity transfer. To alleviate this limitation we utilized a polyurethane acrylate polymer, a relatively rigid material that can be easily functionalized with different organic moieties. Our patterning approach completely protects both silicon and germanium from chemical oxidation, provides precise control over the shape and size of the patterned features, and gives ready access to chemically discriminated patterns that can be further functionalized with both organic and biological molecules. The approach is general and applicable to other technologically-relevant surfaces.

Here we describe a simple method for patterning oxide-free silicon and germanium with reactive organic monolayers and demonstrate functionalization of the patterned substrates with small molecules and proteins. The approach completely protects surfaces from chemical oxidation, provides precise control over feature morphology, and provides ready access to chemically discriminated patterns.

Yumuşak Litografik işlevsellik ve Desenlendirme Oksit Silisyum ve germanyum

The development of hybrid electronic devices relies in large part on the integration of (bio)organic materials and inorganic semiconductors through a ...

Biyomühendislik

Preparation of 3D Fibrin Scaffolds for Stem Cell Culture Applications

Stem cells are found in naturally occurring 3D microenvironments in vivo, which are often referred to as the stem cell niche 1. Culturing stem cells inside of 3D biomaterial scaffolds provides a way to accurately mimic these microenvironments, providing an advantage over traditional 2D culture methods using polystyrene as well as a method for engineering replacement tissues 2. While 2D tissue culture polystrene has been used for the majority of cell culture experiments, 3D biomaterial scaffolds can more closely replicate the microenvironments found in vivo by enabling more accurate establishment of cell polarity in the environment and possessing biochemical and mechanical properties similar to soft tissue.3 A variety of naturally derived and synthetic biomaterial scaffolds have been investigated as 3D environments for supporting stem cell growth. While synthetic scaffolds can be synthesized to have a greater range of mechanical and chemical properties and often have greater reproducibility, natural biomaterials are often composed of proteins and polysaccharides found in the extracelluar matrix and as a result contain binding sites for cell adhesion and readily support cell culture. Fibrin scaffolds, produced by polymerizing the protein fibrinogen obtained from plasma, have been widely investigated for a variety of tissue engineering applications both in vitro and in vivo 4. Such scaffolds can be modified using a variety of methods to incorporate controlled release systems for delivering therapeutic factors 5. Previous work has shown that such scaffolds can be used to successfully culture embryonic stem cells and this scaffold-based culture system can be used to screen the effects of various growth factors on the differentiation of the stem cells seeded inside 6,7.
 This protocol details the process of polymerizing fibrin scaffolds from fibrinogen solutions using the enzymatic activity of thrombin. The process takes 2 days to complete, including an overnight dialysis step for the fibrinogen solution to remove citrates that inhibit polymerization. These detailed methods rely on fibrinogen concentrations determined to be optimal for embryonic and induced pluripotent stem cell culture. Other groups have further investigated fibrin scaffolds for a wide range of cell types and applications - demonstrating the versatility of this approach 8-12.

This work details the preparation of 3D fibrin scaffolds for culturing and differentiating plutipotent stem cells. Such scaffolds can be used to screen the effects of various biological compounds on stem cell behavior as well as modified to contain drug delivery systems.

3D Fibrin hazırlanması Kök Hücre Kültürü Uygulamaları için iskeleleri

Stem cells are found in naturally occurring 3D microenvironments in vivo, which are often referred to as the stem cell niche 1. Culturing stem cells ...

Porous Silicon Microparticles for Delivery of siRNA Therapeutics

Small interfering RNA (siRNA) can be used to suppress gene expression, thereby providing a new avenue for the treatment of various diseases. However, the successful implementation of siRNA therapy requires the use of delivery platforms that can overcome the major challenges of siRNA delivery, such as enzymatic degradation, low intracellular uptake and lysosomal entrapment. Here, a protocol for the preparation and use of a biocompatible and effective siRNA delivery system is presented. This platform consists of polyethylenimine (PEI) and arginine (Arg)-grafted porous silicon microparticles, which can be loaded with siRNA by performing a simple mixing step. The silicon particles are gradually degraded over time, thereby triggering the formation of Arg-PEI/siRNA nanoparticles. This delivery vehicle provides a means for protecting and internalizing siRNA, without causing cytotoxicity. The major steps of polycation functionalization, particle characterization, and siRNA loading are outlined in detail. In addition, the procedures for determining particle uptake, cytotoxicity, and transfection efficacy are also described.

Delivery remains the main challenge for the therapeutic implementation of small interfering RNA (siRNA). This protocol involves the use of a multifunctional and biocompatible siRNA delivery platform, consisting of arginine and polyethylenimine grafted porous silicon microparticles.

SiRNA Therapeutics teslimi için Gözenekli Silikon Mikropartiküller

Small interfering RNA (siRNA) can be used to suppress gene expression, thereby providing a new avenue for the treatment of various diseases. However, the ...

The Synthesis of RGD-functionalized Hydrogels as a Tool for Therapeutic Applications

The use of polymers as biomaterials has provided significant advantages in therapeutic applications. In particular, the possibility to modify and functionalize polymer chains with compounds that are able to improve biocompatibility, mechanical properties, or cell viability allows the design of novel materials to meet new challenges in the biomedical field. With the polymer functionalization strategies, click chemistry is a powerful tool to improve cell-compatibility and drug delivery properties of polymeric devices. Similarly, the fundamental need of biomedicine to use sterile tools to avoid potential adverse-side effects, such as toxicity or contamination of the biological environment, gives rise to increasing interest in the microwave-assisted strategy.
The combination of click chemistry and the microwave-assisted method is suitable to produce biocompatible hydrogels with desired functionalities and improved performances in biomedical applications. This work aims to synthesize RGD-functionalized hydrogels. RGD (arginylglycylaspartic acid) is a tripeptide that can mimic cell adhesion proteins and bind to cell-surface receptors, creating a hospitable microenvironment for cells within the 3D polymeric network of the hydrogels. RGD functionalization occurs through Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition. Some PAA carboxyl groups are modified with an alkyne moiety, whereas RGD is functionalized with azido acid as the terminal residue of the peptide sequence. Finally, both products are used in a copper catalyzed click reaction to permanently link the peptide to PAA. This modified polymer is used with carbomer, agarose and polyethylene glycol (PEG) to synthesize a hydrogel matrix. The 3D structure is formed due to an esterification reaction involving carboxyl groups from PAA and carbomer and hydroxyl groups from agarose and PEG through microwave-assisted polycondensation. The efficiency of the gelation mechanism ensures a high degree of RGD functionalization. In addition, the procedure to load therapeutic compounds or biological tools within this functionalized network is very simple and reproducible.

We present a protocol for the synthesis of RGD-functionalized hydrogels as devices for cell and drug delivery. The procedure involves copper catalyzed alkyne-azide cycloaddition (CuAAC) between alkyne-modified polyacrylic acid (PAA) and a RGD-azide derivative. The hydrogels are formed using microwave-assisted polycondensation and their physicochemical properties are investigated.

Tedavi Uygulamaları için bir alet olarak RGD-fonksiyonelleştirilmiş Hidrojeller Sentezi

The use of polymers as biomaterials has provided significant advantages in therapeutic applications. In particular, the possibility to modify and ...

Light-mediated Formation and Patterning of Hydrogels for Cell Culture Applications

Click chemistries have been investigated for use in numerous biomaterials applications, including drug delivery, tissue engineering, and cell culture. In particular, light-mediated click reactions, such as photoinitiated thiol&#8722;ene and thiol&#8722;yne reactions, afford spatiotemporal control over material properties and allow the design of systems with a high degree of user-directed property control. Fabrication and modification of hydrogel-based biomaterials using the precision afforded by light and the versatility offered by these thiol&#8722;X photoclick chemistries are of growing interest, particularly for the culture of cells within well-defined, biomimetic microenvironments. Here, we describe methods for the photoencapsulation of cells and subsequent photopatterning of biochemical cues within hydrogel matrices using versatile and modular building blocks polymerized by a thiol&#8722;ene photoclick reaction. Specifically, an approach is presented for constructing hydrogels from allyloxycarbonyl (Alloc)-functionalized peptide crosslinks and pendant peptide moieties and thiol-functionalized poly(ethylene glycol) (PEG) that rapidly polymerize in the presence of lithium acylphosphinate photoinitiator and cytocompatible doses of long wavelength ultraviolet (UV) light. Facile techniques to visualize photopatterning and quantify the concentration of peptides added are described. Additionally, methods are established for encapsulating cells, specifically human mesenchymal stem cells, and determining their viability and activity. While the formation and initial patterning of thiol-alloc hydrogels are shown here, these techniques broadly may be applied to a number of other light and radical-initiated material systems (e.g., thiol-norbornene, thiol-acrylate) to generate patterned substrates.

We describe a sequential process for light-mediated formation and subsequent biochemical patterning of synthetic hydrogel matrices for three-dimensional cell culture applications. The construction and modification of hydrogels with cytocompatible photoclick chemistry is demonstrated. Additionally, facile techniques to quantify and observe patterns and determine cell viability within these hydrogels are presented.

Hücre Kültürü Uygulamaları için Hidrojeller Işık aracılı Oluşumu ve Desenlendirme

Click chemistries have been investigated for use in numerous biomaterials applications, including drug delivery, tissue engineering, and cell culture. In ...

Extraction of Plant-based Capsules for Microencapsulation Applications

Microcapsules derived from plant-based spores or pollen provide a robust platform for a diverse range of microencapsulation applications. Sporopollenin exine capsules (SECs) are obtained when spores or pollen are processed so as to remove the internal sporoplasmic contents. The resulting hollow microcapsules exhibit a high degree of micromeritic uniformity and retain intricate microstructural features related to the particular plant species. Herein, we demonstrate a streamlined process for the production of SECs from Lycopodium clavatum spores and for the loading of hydrophilic compounds into these SECs. The current SEC isolation procedure has been recently optimized to significantly reduce the processing requirements which are conventionally used in SEC isolation, and to ensure the production of intact microcapsules. Natural L. clavatum spores are defatted with acetone, treated with phosphoric acid, and extensively washed to remove sporoplasmic contents. After acetone defatting, a single processing step using 85% phosphoric acid has been shown to remove all sporoplasmic contents. By limiting the acid processing time to 30 hr, it is possible to isolate clean SECs and avoid SEC fracturing, which has been shown to occur with prolonged processing time. Extensive washing with water, dilute acids, dilute bases, and solvents ensures that all sporoplasmic material and chemical residues are adequately removed. The vacuum loading technique is utilized to load a model protein (Bovine Serum Albumin) as a representative hydrophilic compound. Vacuum loading provides a simple technique to load various compounds without the need for harsh solvents or undesirable chemicals which are often required in other microencapsulation protocols. Based on these isolation and loading protocols, SECs provide a promising material for use in a diverse range of microencapsulation applications, such as, therapeutics, foods, cosmetics, and personal care products.

This protocol/manuscript describes a streamlined process for the production of sporopollenin exine capsules (SECs) from Lycopodium clavatum spores and for the loading of hydrophilic compounds into these SECs.

Mikroenkapsülasyon Uygulamaları için Ekstraksiyon Tesisi tabanlı Kapsüller

Microcapsules derived from plant-based spores or pollen provide a robust platform for a diverse range of microencapsulation applications. Sporopollenin ...

Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications

Hydroxyapatite (HA) has been widely used as a medical ceramic due to its good biocompatibility and osteoconductivity. Recently there has been interest regarding the use of bioinspired nanoscale hydroxyapatite (nHA). However, biological apatite is known to be calcium-deficient and carbonate-substituted with a nanoscale platelet-like morphology. Bioinspired nHA has the potential to stimulate optimal bone tissue regeneration due to its similarity to bone and tooth enamel mineral. Many of the methods currently used to fabricate nHA both in the laboratory and commercially, involve lengthy processes and complex equipment. Therefore, the aim of this study was to develop a rapid and reliable method to prepare high quality bioinspired nHA. The rapid mixing method developed was based upon an acid-base reaction involving calcium hydroxide and phosphoric acid. Briefly, a phosphoric acid solution was poured into a calcium hydroxide solution followed by stirring, washing and drying stages. Part of the batch was sintered at 1,000 &#176;C for 2 h in order to investigate the products&#39; high temperature stability. X-ray diffraction analysis showed the successful formation of HA, which showed thermal decomposition to &#946;-tricalcium phosphate after high temperature processing, which is typical for calcium-deficient HA. Fourier transform infrared spectroscopy showed the presence of carbonate groups in the precipitated product. The nHA particles had a low aspect ratio with approximate dimensions of 50 x 30 nm, close to the dimensions of biological apatite. The material was also calcium deficient with a Ca:P molar ratio of 1.63, which like biological apatite is lower than the stoichiometric HA ratio of 1.67. This new method is therefore a reliable and far more convenient process for the manufacture of bioinspired nHA, overcoming the need for lengthy titrations and complex equipment. The resulting bioinspired HA product is suitable for use in a wide variety of medical and consumer health applications.

This paper describes a novel method for the rapid manufacture of high quality bioinspired nanoscale hydroxyapatite. This biomaterial is of great significance in the manufacture of a wide range of innovative medical devices for clinical applications in orthopedics, craniofacial surgery and dentistry.

Biyomedikal Uygulamalar için Biyolojik Tabanlı Akıllı Nano Hidroksiapatit Rapid Mix Hazırlanması

Hydroxyapatite (HA) has been widely used as a medical ceramic due to its good biocompatibility and osteoconductivity. Recently there has been interest ...

Rapid Fabrication of Custom Microfluidic Devices for Research and Educational Applications

Microfluidic devices allow for the manipulation of fluids, particles, cells, micro-sized organs or organisms in channels ranging from the nano to submillimeter scales. A rapid increase in the use of this technology in the biological sciences has prompted a need for methods that are accessible to a wide range of research groups. Current fabrication standards, such as PDMS bonding, require expensive and time consuming lithographic and bonding techniques. A viable alternative is the use of equipment and materials that are easily affordable, require minimal expertise and allow for the rapid iteration of designs. In this work we describe a protocol for designing and producing PET-laminates (PETLs), microfluidic devices that are inexpensive, easy to fabricate, and consume significantly less time to generate than other approaches to microfluidics technology. They consist of thermally bonded film sheets, in which channels and other features are defined using a craft cutter. PETLs solve field-specific technical challenges while dramatically reducing obstacles to adoption. This approach facilitates the accessibility of microfluidics devices in both research and educational settings, providing a reliable platform for new methods of inquiry.

Here we present a protocol to design and fabricate custom microfluidic devices with minimal financial and time investment. The aim is to facilitate the adoption of microfluidic technologies in biomedical research laboratories and educational settings.

Araştırma ve Eğitim Uygulamaları için Özel Mikroakışkan Cihazların Hızlı İmalatı

Microfluidic devices allow for the manipulation of fluids, particles, cells, micro-sized organs or organisms in channels ranging from the nano to ...

Synthesis of Near-Infrared Emitting Gold Nanoclusters for Biological Applications

Over the past decade, fluorescent gold nanoclusters (AuNCs) have witnessed growing popularity in biological applications and enormous efforts have been devoted to their development. In this protocol, a recently developed, facile method for preparation of water soluble, biocompatible, and colloidally stable near-infrared emitting AuNCs have been described in detail. This room-temperature, bottom-up chemical synthesis provides easily functionalizable AuNCs capped with thioctic acid and thiol-modified polyethylene glycol in aqueous solution. The synthetic approach requires neither organic solvents or additional ligand exchange nor extensive knowledge of synthetic chemistry to reproduce. The resulting AuNCs offer free surface carboxylic acids, which can be functionalized with various biological molecules bearing a free amine group without adversely affecting the photoluminescent properties of the AuNCs. A quick, reliable procedure for flow cytometric quantification and confocal microscopic imaging of AuNC uptake by HeLa cells also been described. Due to the large Stokes shift, proper setting of filters in flow cytometry and confocal microscopy is necessary for efficient detection of near-infrared photoluminescence of AuNCs.

A reliable and easily reproducible method for preparation of functionalizable, near-infrared emitting photoluminescent gold nanoclusters and their direct detection inside HeLa cells by flow cytometry and confocal laser scanning microscopy is described.

Biyolojik Uygulamalar için Yakın Kızılötesi Yayan Altın Nanokümelerin Sentezi

Over the past decade, fluorescent gold nanoclusters (AuNCs) have witnessed growing popularity in biological applications and enormous efforts have been ...

Injectable Supramolecular Polymer-Nanoparticle Hydrogels for Cell and Drug Delivery Applications

These methods describe how to formulate injectable, supramolecular polymer-nanoparticle (PNP) hydrogels for&#160;use as biomaterials. PNP hydrogels are composed of two components: hydrophobically modified cellulose as the network polymer and self-assembled core-shell nanoparticles that act as non-covalent cross linkers through dynamic, multivalent interactions. These methods describe both the formation of these self-assembled nanoparticles through nanoprecipitation as well as the formulation and mixing of the two components to form hydrogels with tunable mechanical properties. The use of dynamic light scattering (DLS) and rheology to characterize the quality of the synthesized materials is also detailed. Finally, the utility of these hydrogels for drug delivery, biopharmaceutical stabilization, and cell encapsulation and delivery is demonstrated through in vitro experiments to characterize&#160;drug release, thermal stability, and cell settling and viability. Due to its biocompatibility, injectability, and mild gel formation conditions, this hydrogel system is a readily tunable platform suitable for a range of biomedical applications.

This protocol describes the synthesis and formulation of injectable, supramolecular polymer-nanoparticle (PNP) hydrogel biomaterials. Applications of these materials for drug delivery, biopharmaceutical stabilization, and cell encapsulation and delivery are demonstrated.

Hücre ve İlaç Dağıtım Uygulamaları için Enjekte Edilebilir Supramoleküler Polimer-Nanopartikül Hidrojelleri

These methods describe how to formulate injectable, supramolecular polymer-nanoparticle (PNP) hydrogels for&#160;use as biomaterials. PNP hydrogels are ...