Архів / Archive

Головна » Статті » 2016_06_1_KamPodilsk » Секція/Section_1_2016_06_1

ЧІПИ НА ОСНОВІ НАНОСТРУКТУРОВАНОГО КРЕМНІЮ ДЛЯ ДІАГНОСТИКИ СТАНУ БІОЛОГІЧНИХ ОБ’ЄКТІВ

Карпюк Андрій

науковий співробітник

Стародуб Микола

д.б.н., професор

Національний університет біоресурсів і природокористування України

м. Київ, Україна

Мельниченко Микола

к.ф.-м.н.

Київський національний університет ім. Т.Г. Шевченка

м. Київ, Україна

 

ЧІПИ НА ОСНОВІ НАНОСТРУКТУРОВАНОГО КРЕМНІЮ ДЛЯ ДІАГНОСТИКИ СТАНУ БІОЛОГІЧНИХ ОБ’ЄКТІВ

 

Нанопористий або наноструктурований кремній має функціонально важливу характеристику, а саме високу адсорбційну здатність внаслідок сформованої високорозвиненої поверхні. На сьогодні, датчики на основі нанопористого кремнію призначені для визначення концентрації різних газів, спиртів, характеристики водної фази, деяких біологічних молекул, токсичних елементів тощо. Такі системи засновані на пригніченні фотолюмінесценції нанопористого кремнію, інтерферометрії та термоакустичних ефектах.

Дослідження показують, що кремній (монокристалічний, полікристалічний, аморфний, пористий) є основним матеріалом мікроелектроніки і це є надзвичайно перспективним для нового напряму, що базується на використанні квантово-розмірних ефектів. Застосування різних модифікацій кремнію для створення пристроїв нано-електроніки і нано-фотоніки спровокувало активний пошук інновацій для більшості процесів та методів у аспектах параметрів управління та створення приладів нового покоління. Основою напрямку створення наноструктурованих плівок кремнію є результати створення та використанням його пористих форм [1-7].

Водночас, відомості щодо властивостей нанопористого кремнію, отриманого за допомогою хімічного травлення монокристалічного кремнію, з точки зору застосування у якості багатофункціонального матеріалу, у літературі недостатньо. Тому метою роботи є застосування плівок наноструктурованого кремнію, отриманих хімічним методом травлення у якості  нано-чіпів для якісної характеристики продуктів харчування.

Наноструктуровані плівки кремнію були сформовані на монокристалічних пластинах за рахунок  модифікації поверхні при хімічному травленні у розчині плавикової і азотної кислот. Товщина наноструктурованих плівок кремнію коливалася у діапазоні від 3 до 60 нм. На основі зразків з наноструктурованою поверхнею кремнію нами було розроблено фоторезистори у вигляді тест-смужок. Контакти з товщиною 3 µm були виготовлені з алюмінію методом магнетронного розпилення. Встановлено, що під час експериментальних робіт доцільно використовувати пряму фізичну адсорбцію біологічного матеріалу.

Досліджуваний біологічний об'єкт наноситься в обсязі 1 мкл на поверхню фоторезистора між контактами і потім підсушується в умовах сухого повітря при кімнатній температурі. У запропонованому нами біосенсорі аналізується зміна фотоструму. Вимірювання показали, що темновий струм датчика практично не змінюється, а фотострум після нанесення антигену та відповідних до нього антитіл, значно зростає. Отримані результати дали можливість сконструювати на основі розроблених фоторезисторів-чипів міні-лабораторію, яка складається з ряду незалежних функціональних біосенсорів.

Процедура аналізу була реалізована нами для експрес-діагностики ретровірусного лейкозу, у випадку, коли, рівень вірус-специфічних антитіл повинен бути виявлений у крові або молоці хворих корів. Такий метод визначення дає можливість діагностувати хворобу не лише у однієї тварини, але й у декількох одразу. Нами було показано, що описаний підхід, заснований на використанні плівок наноструктурованого кремнію повністю відповідає вимогам практики щодо чутливості, селективності і простоти виконання аналізу. Ефективність запропонованого нами методу, у порівнянні з традиційним ELISA-методом полягає у зменшенні загального часу аналізу та скороченні витрат у більш ніж 10 раз. Актуальними є розробки можливостей діагностики діабетичного стану пацієнтів за умов одночасного контролю анти-інсулінових антитіл, рівня сумарного імуноглобуліну та рівня глюкози, а також експрес біохімічної діагностики раку молочної залози.

Таким чином, наноструктурований кремній є перспективним матеріалом для розвитку не лише оптичних пристроїв, таких як світлові діоди, фотоелектричні елементи і оптичні фільтри, але й для біосенсорів нового покоління. Такі прилади відповідають сучасним вимогам, таким як простота використання, економічність, висока точність, селективність і швидкість аналізу, а також здатні до мініатюризації. Водночас, датчик являє собою універсальний пристрій, який працює як у лабораторії, так і в польових умовах, що значно розширює межі його використання.

 

Список використаних джерел

  1. Baratto C. A novel porous silicon sensor for detection of sub-ppm NO2 concentrations / C. Baratto, G. Faglia, E. Comini, G. Sberveglieri, A. Taroni, La Ferrara V. L. Quercia, G. Francia // Sensors and Actuators B: Chemical, – № 77, 2001, pp. 62–66.
  2. Шмырева A. Сенсорные системы с применением нанопористого кремния / А. Шмырева, Н. Мельниченко // Электроника и свіязь. − Ч.1. − 2006, c. 17–22.
  3. Starodub N. Biosensors based on the photoluminescence of porous silicon, / N. Starodub, V. Starodub // Application for environment monitoring, Sensor electronics and microsystem technologies. − № 1. − 2005, pp. 63–74.
  4. Rendina Ivo Porous siliconbased optical biosensors and biochips / Ivo Rendina, Ilaria Rea, Lucia Rotiroti, Luca De Stefano // − Physica E. − 38. − 2007, pp. 188–192.
  5. Song Min-Jung Comparison of Effective Working Electrode Areas on Planar and Porous Silicon Substrates for Cholesterol Biosensor / Min-Jung Song, Dong-Hwa Yun, Joon-Hyung Jin, Nam-Ki Min and Suk-In Hong // Japanese Journal of Applied Physics − Vol.45 − № 9A − 2006, pp. 7197–7202.
  6. Lorraina N. Functionalization control of porous silicon optical structures using reflectance spectra modeling for biosensing applications / N. Lorraina, M. Hiraouia, M. Guendouza, L. Hajia // Materials Science and Engineering − B 176 − 2011 − pp. 1047– 1053.
  7. Rossi A. Porous silicon biosensor for detection of viruses / A. Rossi, L. Wang, V. Reipa, Th.E. Murphya // Biosensors and Bioelectronics − 23 − 2007, pp. 741–745
Категорія: Секція/Section_1_2016_06_1 | Додав: clubsophus (2016-06-01)
Переглядів: 264 | Рейтинг: 0.0/0
Переклад
Форма входу
Категорії розділу
Секція/Section_1_2016_06_1
Секція/Section_2_2016_06_1
Секція/Section_3_2016_06_1
Секція/Section_4_2016_06_1
Пошук
Наше опитування
Яка наукова інформація Вас найбільше цікавить?
Всього відповідей: 621
Інтернет-ресурси
Підписатися через RSS2Email

Новини клубу SOPHUS



Наукові спільноти
Статистика
free counters

Онлайн всього: 1
Гостей: 1
Користувачів: 0