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.

ייצור 1. שימור התקני pSNWFET <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייצור מכשיר הערה: pSNWFET היה מפוברק בטכניקה spacer דפנות כפי שדווח בעבר 23,24. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכינים את שכבת דיאלקטרי השער. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כיסוי או תחמוצת תרמית 100 ננומטר בעובי (SiO 2) שכב על מצע Si באמצעות 25 תהליך החמצון הרטוב (O 2 ו- H 2 גז התהליך ב 980 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפקיד ניטריד 50 ננומטר בעובי (Si 3 N 4) שכבת באמצעות שיקוע כימי בלחץ נמוך (LPCVD) 25 ב 980 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפקיד orthosilicate tetraethyl 100 ננומטר בעובי (TEOS) שכבה באמצעות 25 LPCVD ב 780 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע ליתוגרפיה רגיל באמצעות צעד שאני אונליין להגדיר מבני דמה תחמוצת. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעיל פני השטח רקיק עם שכבת photoresist 830 ננומטר בעובי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אניnsert photomask מוגדר דפוס לתוך הצעד שאני אונליין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לעבד את החשיפה באמצעות צעד אונליין לי (אורך גל: 365 ננומטר) בעוצמה של 1,980 J בטמפרטורת החדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פיתוח רקיק בתוך מפתח למשך 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע את תהליך תחריט איזוטרופיים באמצעות תקן אינדוקטיבי מצמידים חרט פלזמה 25 עם גז פלזמה HBr ו- Cl דקות 1. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפקיד סיליקון אמורפי 100 ננומטר בעובי השכבה (α-סי) באמצעות 25 LPCVD. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע צעד חישול ב 600 מעלות צלזיוס הסביבה N 2 למשך 24 שעות כדי להפוך את α-Si לתוך מבנה גבישי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוני זרחן שתל דרך המקור / ניקוז (S / D) סימום ב אנרגיה נמוכה (5E 15 סנטימטרים -2) 25. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע ליתוגרפיה רגיל באמצעות צעד אונליין לי להסיר את שכבת פולי-סי ויוצרים את nanowire פוליסיליקון (pSNW) 25. הערה: חזור על שלב 1.1.3 להשתיל DOPנמלים במקומות אחרים מאשר אזורי S / D עם הסרת פולי-סי ויוצר את ערוצי הדפנות Si באופן עצמי מזדהה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע את תהליך פסיבציה (200 ננומטר בעובי שכבת תחמוצת TEOS) באמצעות LPCVD ב 780 מעלות צלזיוס למשך 5 שעות 25. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע ליתוגרפיה רגיל באמצעות צעד אונליין לי לחשוף את ערוצי nanowire, והרפידות מבחן הטופס באמצעות תהליך תחריט שני שלבים יבש / רטוב. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 1.1.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע את תהליך התחריט הרטוב (DHF: HF / H 2 O דקות 1). </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימור ופל <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותם את הרקיק בשקית אחסון ואקום ולאחסן אותו בארון יבש אלקטרוני (לחות יחסית &lt;40% בטמפרטורת חדר). </li></ol></li></ol> Pretreatment 2. של ההתקן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניקוי התקן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את המכשיר עם אצטון טהור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Sonicate (46 kHz, 80 W) מכשיר אצטון טהור למשך 10 דקות. </li> &lt;li&gt; Sonicate (46 kHz, 80 W) המכשיר אתנול טהור (99.5%) במשך 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לייבש את פני השטח של המכשיר עם חנקן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פלזמה חמצן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פנקו את המכשיר עם פלזמה O 2 ב 18 וואט במשך 30 שניות. </li></ol></li></ol> קיבוע 3. של החללית DNA על פני השטח את המכשיר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שינוי קבוצה אמינית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את המכשיר פתרון 2.0% (3-aminopropyl) triethoxysilane (APTES) / אתנול למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שטפו את המכשיר עם אתנול שלוש פעמים, ולאחר מכן sonicate (46 kHz, 80 W) המכשיר באתנול במשך 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחמם את המכשיר על פלטה חשמלית ב 120 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות כדי ליצור קבוצות האמינו על SNWs. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שינוי קבוצת אלדהיד <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את המכשיר glutaraldehyde 12.5% ​​במשך שעה 1 בטמפרטורת החדר כדי ליצור קבוצות אלדהיד על פני השטח. המנעו מחשיפה לאור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שטוף את השנינות המכשירהh 10 מ&quot;מ חיץ פוספט נתרן (Na-PB; pH 7.0) שלוש פעמים, ולאחר מכן לייבש את פני השטח של המכשיר עם חנקן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קיבוע בדיקת DNA <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את המכשיר בתמיסה המכילה 1 בדיקות מיקרומטר DNA הלילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את המכשיר 10 מ&quot;מ טריס חיץ (pH 8.0) עם 4.0 מ&quot;מ NaBH 3 CN למשך 30 דקות כדי לחסום את קבוצות אלדהיד unreacted. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שטפו את המכשיר עם Na-PB (pH 7.0) שלוש פעמים, ולאחר מכן לייבש את פני השטח של המכשיר עם חנקן. </li></ol></li></ol> 4. אישור וניתוח של שינוי פני השטח על pSNWFET <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פרופיל pH הבא כל צעד של שינוי פני שטח <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 10 מ&quot;מ Na-PB ב pH 3.0-9.0. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 10 פוספט נתרן מ&quot;מ תלת-בסיסי dodecahydrate (Na 3 PO 4) במים deionized (pH 11.60). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 10 מ&quot;מ חומצה זרחתית (H 3 PO 4) במים deionized(PH 2.35). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את אלקטרודת pH לתוך 500 מ&quot;ל של 10 מ&quot;מ Na 3 PO 4 חיץ, ומערבבים את הפתרון הזה עם כמויות שונות של 10 מ&quot;מ H 3 PO 4 חיץ תוך מדידת ערך ה- pH להשיג מאגרים עם ערכי ה- pH של 3.0, 4.0, 5.0, 6.0 , 7.0, 8.0, ו- 9.0. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידת מוליכות AC הערה: מעגל המדידה כלל מחולל אותות AC קטן ו microwire Au ששמש האלקטרודה השער הנוזלי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קבע את מתח השער הנוזלי האופטימלי (V LG) למדידה 26 בכל שלב שינוי (שלבי 2.2, 3.1, 3.2 ו -3.3). הערה: התכונות החשמליות של המכשיר לאחר שינויים משטח ארבע על SNW נמדדו כמתואר בסעיף זה. בשלב 2.2, pSNWFET ללא שינוי המכיל את שכבת תחמוצת הילידים הוא שונה; צעד 3.1 כרוכה פתיחה של המכשיר עם קבוצה אמינית של APTES; בשלב 3.2 כרוך שינוי עם unchargedקבוצה פונקציונלית של glutaraldehyde; צעד 3.3 כרוך שינוי בדיקת DNA. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק את 10 מ&quot;מ Na-PB (pH 7.0) פתרון על פני השטח SNW באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה) למגע ישיר עם SNW. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את המוליכות בזמן אמת של המכשיר בזמן גורף V LG 0.80-1.30 V. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע מדידת המוליכות באמצעות טכניקת הנעילה ב 27 בטמפרטורת חדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המרת האותות הנוכחיים AC לאות מתח AC באמצעות מגבר קדם נוכחי רעש נמוך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> איסוף נתונים על המוליכות (G) על הגדלת V LG 0.80-1.30 V (מרווח = 0.02 V). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קבע את LG V האופטימלי (LG V הרגיש ביותר) של המכשיר 26. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מגרש את הקימורים GV LG מן 4.1.2.1.2.3 צעד כדי להשיג את המשוואה של העקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Differentiate המשוואה, ולחשב את הערכים בכל אחד נקודת V LG. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחלק את הערך מ 4.1.2.1.3.2 צעד אחר G, ולקבוע את LG V האופטימלי בהתאם למספר המרבי. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את המוליכות בזמן אמת של הפרופיל pH בכל שלב של שינוי פני השטח. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע מדידת המוליכות באמצעות טכניקת הנעילה ב 27 בטמפרטורת חדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המרת אות AC הנוכחית לאותות מתח AC באמצעות מגבר קדם נוכחי רעש נמוך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את LG V האופטימלי עבור כל שלב של שינוי פני שטח (שלב 2.2: V LG = 1.02, צעד 3.1: V LG = 0.98, צעד 3.2: V LG = 0.98, צעד 3.3: V LG = 1.0). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק את הפתרון 10 מ&quot;מ Na-PB עם ערכים מה PH 3.0 ל 9.0 אל פני השטח SNW (קצב הזרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה), לאסוף את הנתונים על מוליכות במתח ניקוז של 0.01 V. </li></ol></li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידת התכונות החשמליות (עקום BG לי D -V) של המכשיר ב -10 מ&quot;מ Na-PB (pH 7.0) לאחר כל שלב של שינוי פני השטח (שלבים 2.2, 3.1, 3.2 ו -3.3.) הערה: התכונות החשמליות של המכשיר לאחר ארבעה שינויים משטח על SNW נמדדו: בשלב 2.2, pSNWFET ללא שינוי המכיל את שכבת תחמוצת הילידים הוא שונה; שלב 3.1 כרוך פתיחה של המכשיר עם קבוצה אמינית של APTES; בשלב 3.2 כרוך שינוי עם הקבוצה הפונקציונלית uncharged של glutaraldehyde; צעד 3.3 כרוך שינוי בדיקת DNA. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק את הפתרון 10 מ&quot;מ Na-PB (pH 7.0) אל פני השטח SNW (צעדים 2.2, 3.1, 3.2, ו -3.3) באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה) למגע ישיר עם SNW. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את ואני D </em&gt; של המכשיר (שלבי 2.2, 3.1, 3.2, ו -3.3) באמצעות מנתח מוליכים למחצה מסחרי ותוכנה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר במצב &quot;nMOSFET&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר &quot;אני ד - V BG&quot; מודולים. הערה: אני D הוא הנוכחי ניקוז / מקור, ו- V BG הוא מתח השער האחורי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת מתח הטיה קבועה (V D = 0.5 V) ואילו גורף את השער פוטנציאל (V BG) מ -1 עד 3.0 V (מרווח = 0.2 V). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על סמל ההפעלה כדי להשיג לי D - עקומות BG V. </li></ol></li></ol></li></ol> 5. DNA biosensing הערה: בניסוי טיפוסי, האני D - עקומת V B G נקבעת שלוש פעמים כדי לוודא ששום וריאציה נוספת היא observed. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קביעת קו הבסיס <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק את הפתרון 10 מ&quot;מ Na-PB (pH 7.0) אל פני השטח SNW DNA-משותקת החללית במשך 10 דקות באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה), ולאחר מכן דגירה SNW למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את לי ד &#39;של המכשיר (חזור על שלב 4.2.2). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חישה של DNA / כלת DNA <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> DNA טען 10 pm היעד משלימים על גבי משטח SNW DNA-משותקת החללית במשך 10 דקות באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה), ולאחר מכן דגירה SNW למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק את הפתרון מ&quot;מ Na-PB 10 (pH 7.0) על גבי משטח SNW במשך 10 דקות באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה) כדי לשטוף את ה- DNA היעד מאוגד משם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 4.2.2 למדידה לי ד &#39;של המכשיר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק שוב את האות של כלת DNA / DNA. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> DNA התאוששות טען 1 ננומטר על tהוא DNA בדיקה-משותקת משטח SNW במשך 10 דקות באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה), ולאחר מכן דגירה SNW למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק את הפתרון מ&quot;מ Na-PB 10 (pH 7.0) על גבי משטח SNW במשך 10 דקות באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 4.2.2 למדידה לי ד &#39;של המכשיר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בקרה שלילית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען 100 PM DNA שאינם משלימים על גבי משטח SNW DNA-משותקת החללית במשך 10 דקות באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה), ולאחר מכן דגירה SNW למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק את הפתרון מ&quot;מ Na-PB 10 (pH 7.0) על גבי משטח SNW במשך 10 דקות באמצעות משאבת מזרק (קצב זרימה: 5.0 מ&quot;ל / שעה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 4.2.2 למדידה לי ד &#39;של המכשיר. </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.

מסחור מלמעלה למטה ייצור מלמטה למעלה גישות sSNWFETs נחשב קשה בגלל עלותו 32,33, שליטה על מיקום SNW 34,35, והייצור שלה נמוך בקנה מידה 36. לעומת זאת, בודת pSNWFETs היא עלות פשוט נמוכה 37. דרך הגישה מלמעלה למטה ואת בשילוב עם טכניקת היווצרות spacer הדפנות (איור 1),</strong...

אפקט שדה, טרנזיסטורים nanowire הסיליקון (SNWFETs) יש את היתרונות של רגישות גבוהה במיוחד ותגובות חשמליות ישירות וריאצית תשלום סביבה. בשנת SNWFETs מסוג n למשל, כאשר מולקולה טעונה שלילי (או חיובי) מתקרבת nanowire סיליקון (SNW), נושא את SNW מתרוקנים (או לצבור). כתוצאה מכך, המוליכות של SNWFET יורדות (או עליות) 1. לכן, כל מולקולה טעונה קרוב לפני השטח SNW של המכשיר SNWFET ניתן לאתר. ביומולקולות ויטל כוללים אנזימים, חלבונים, נוקלאוטידים, ומולקולות רבות על פני התא הם נושאי מטען וניתן לנטר באמצעות SNWFETs. עם שינויים מתאימים, במיוחד משתק בדיקה וביומולקולרית על SNW, SNWFET ניתן התפתח biosensor ללא תווית. מעקב באמצעות סמנים ביולוגיים הוא קריטי לאבחון מחלות. כפי שניתן לראות בטבלה 1, מספר מחקרים השתמשו NWFET מבוסס חיישנים ביולוגיים עבור ללא תווית, אולטרה-רגישות גבוהה, וזיהוי בזמן האמת של מטרות ביולוגיות שונות, לרבות יחיד וירוס 2, אדנוזין אדנוזין ו קינאז מחייב 3, אותות עצביים 4, יוני מתכת 5,6, רעלנים חיידקיים 7, דופמין 8, DNA 9-11, RNA 12,13, האנזים סמנים לסרטן 14-19, הורמונים אדם 20, וציטוקינים 21,22. מחקרים אלו הוכיחו כי biosensors המבוסס NWFET מייצג פלטפורמת זיהוי חזקה עבור מגוון רחב של מינים ביולוגיים וכימיים בתמיסה. בשנת biosensors המבוסס SNWFET, החללית משותקת על פני שטח SNW של המכשיר מזהה biotarget ספציפי. משתקות bioprobe בדרך כלל שורה של צעדים, וזה קריטי, כי כל צעד מתבצע כראוי, כדי להבטיח את התפקוד התקין של biosensor. טכניקות שונות פותחו לניתוח sהרכב urface, כולל ספקטרוסקופיה photoelectron רנטגן (XPS), ellipsometry, מדידת זווית המגע, מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM), וכן במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM). שיטות כגון AFM ו SEM לספק עדות ישירה של חוסר תנועת bioprobe במכשיר nanowire, ואילו שיטות כגון XPS, ellipsometry, ומדידת זווית מגע תלויות ניסויים מקבילים שבוצעו על חומרים דומים אחרים. בדו&quot;ח זה, אנו מתארים את אישור כל שלב שינוי באמצעות שתי שיטות עצמאיות. XPS משמש כדי לבחון את הריכוזים של אטומים ספציפיים על פרוסות פוליסיליקון, ופערי התכונות החשמליות של המכשיר נמדדים ישירות כדי לאשר את וריאצית תשלום על פני שטח SNW. אנו מעסיקים biosensing DNA באמצעות SNWFETs גבישי (pSNWFETs) כדוגמה כדי להמחיש בפרוטוקול זה. משתקות בדיקת DNA על פני שטח SNW כרוך בשלושה שלבים: שינוי קבוצה אמינית על פני שטח הידרוקסיל יליד SNW, אלשינוי בקבוצה dehyde, וקיבוע בדיקת DNA 5&#39;-aminomodified. בכל שלב שינוי, המכשיר יכול לזהות הווריאציה ישירות תחת השגחתו של הקבוצה הפונקציונלית משותק על פני שטח SNW, כי האשמות המשטח לגרום מקומיים שינויים פוטנציאליים interfacial מעל השער דיאלקטרי המשנים את הנוכחי ערוץ מוליכות 1. חיובים סביב משטח SNW יכול חשמלי לווסת את התכונות החשמליות של מכשיר pSNWFET; אם כן, מאפייני השטח של SNW לשחק תפקיד מכריע בקביעת המאפיינים החשמליים של מכשירי pSNWFET. בנהלים שדווחו, חוסר התנועה של bioprobe על פני שטח SNW ניתן לקבוע ישירות ואשר באמצעות מדידה חשמלית, וההתקן מוכן יישומי biosensing.

<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.

SNWFETs השונה דווח לשמש מתמרים של חיישנים ביולוגיים (טבלה 1). SNWFETs חד גבישים (sSNWFETs) ו pSNWFETs להציג מאפיינים חשמליים דומים כמו מתמר בתמיסות מימיות, ושניהם דווחו להיות יישומי biosensing רבים. תכונת יתרון של מכשיר pSNWFET השתמש במחקר זה היא המצאה הפשוט בעלות ה...

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.

הכנת טרנזיסטור הסיליקון Nanowire שדה ותוצאה עבור יישומים כימיים biosensing

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

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Electrical Engineering

Bioengineering

Unit 1

Transistors

SCIENTISTS IN ACTION

11.0K Views.  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.

Functionalization לליתוגרפיות רך אוקסיד ללא דפוסים סיליקון גרמניום

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

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.

הכנת 3D הפיברין פיגומים יישומים סלולריים גזע תרבות

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.

הנקבובי הסיליקון microparticles למשלוח Therapeutics siRNA

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.

הסינתזה של RGD פונקציונלית הידרוג ככלי יישומים טיפוליים

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.

אור בתיווך גיבוש דפוסים של הידרוג עבור יישומי תרבית תאים

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.

הפקת קפסולות צמחית עבור יישומי מיקרואנקפסולציה

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.

הכנה מהירה מיקס של Bioinspired ננומטריים Hydroxyapatite עבור יישומים ביו-רפואיים

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.

ייצור מהיר של התקני מיקרופלואידיג מותאמים אישית למחקר וליישומים חינוכיים

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.

סינתזה של כמעט אינפרא-אדום פליטת מזהב ננו אשכולות עבור יישומים ביולוגיים

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.

הידרוג'ל פולימר-ננו-חלקיקי להזרקה עבור יישומי אספקת תאים ותרופות

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