Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hệ thống điều hòa nhiệt cho cảm biến sinh học dựa trên transistor hiệu ứng trường với kênh nanowire
Allerton Press - 2024
Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, một hệ thống điều hòa nhiệt tự động cho các cảm biến sinh học dựa trên transistor hiệu ứng trường với kênh nanowire được trình bày, cung cấp khả năng kiểm soát và duy trì hoàn toàn chế độ nhiệt độ cần thiết trong các phân tích sinh học. Các thành phần của hệ thống, bao gồm transistor hiệu ứng trường với kênh nanowire, cảm biến nhiệt độ và bộ gia nhiệt, được chế tạo trên một tinh thể silicon đơn bằng cách sử dụng công nghệ in litho điện tử, khắc ion phản ứng và kỹ thuật lắng đọng chân không cao. Các mạch điện độc đáo cho việc kiểm soát và duy trì nhiệt độ đã được phát triển. Sự phụ thuộc của tín hiệu đọc nhiệt kế vào công suất gia nhiệt đã được đo, và kết quả phù hợp tốt với các kết quả mô phỏng số. Một hệ thống điều hòa nhiệt với phản hồi PID, đảm bảo việc thiết lập nhiệt độ mong muốn trong khoảng từ 30 đến 70 $${}^{\circ}$$ C trong môi trường lỏng, đã được thực hiện trong vòng 18 giây. Một hệ thống điều hòa nhiệt để phát hiện axit nucleic đã được thực hiện sử dụng DNA đơn chuỗi tổng hợp, đại diện cho một đoạn gen từ vi khuẩn Escherichia coli. Phản ứng có thể phát hiện được tối thiểu đã được quan sát cho mẫu có nồng độ 3 fM.
Từ khóa
#hệ thống điều hòa nhiệt #cảm biến sinh học #transistor hiệu ứng trường #nanowire #phân tích sinh học #nhiệt độ #axit nucleicTài liệu tham khảo
G. Presnova, D. Presnov, V. Krupenin, et al., Biosens. Bioelectron. 88, 283 (2017). https://doi.org/10.1016/j.bios.2016.08.054
T.-W. Lin, P.-J. Hsieh, C. -L. Lin, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 107, 1047 (2010). https://doi.org/10.1073/pnas.0910243107
W. C. Maki, N. N. Mishra, E. G. Cameron, et al., Biosens. Bioelectron. 23, 780 (2008). https://doi.org/10.1016/j.bios.2007.08.017
J. Hahm and C. M. Lieber, Nano Lett. 4, 51 (2004). https://doi.org/10.1021/nl034853b
F. Patolsky, G. Zheng, O. Hayden, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 101, 14017 (2004). https://doi.org/10.1073/pnas.0406159101
Y. Cui and C. M. Lieber, Science 291, 851 (2001). https://doi.org/10.1126/science.291.5505.851
D. Sadighbayan, M. Hasanzadeh, E. Ghafar-Zadeh, Trends Anal. Chem. 133, 116067 (2020). https://doi.org/10.1016/j.trac.2020.116067
D. Zhang, Z. Liu, C. Li, et al., Nano Lett. 4, 1919 (2004). https://doi.org/10.1021/nl0489283
Z. Fan and J. G. Lu, Appl. Phys. Lett. 86, 123510 (2005). https://doi.org/10.1063/1.1883715
Z. Gao, A. Agarwal, A. D. Trigg, et al., Anal. Chem. 79, 3291 (2007). https://doi.org/10.1021/ac061808q
I. I. Tsiniaikin, G. V. Presnova, I. V. Bozhev, et al., Moscow Univ. Phys. Bull. 78, 214 (2023). https://doi.org/10.3103/S0027134923020157
F. N. Ishikawa, H.-K. Chang, M. Curreli, et al., ACS Nano 3, 1219 (2009). https://doi.org/10.1021/nn900086c
G. V. Presnova, I. I. Tcinyaykin, I. V. Bozhev, et al., Proc. SPIE 11022, 1102207 (2019). https://doi.org/10.1117/12.2522461
I. I. Tsiniaikin, G. V. Presnova, I. V. Bozhev, et al., Moscow Univ. Phys. Bull. 75, 645 (2020). https://doi.org/10.3103/S002713492006020X
W. Zhao, J. Hu, J. Liu, et al., Microsyst. Nanoeng. 8, 57 (2022). https://doi.org/10.1038/s41378-022-00387-x
A. Gao, N. Zou, P. Dai, et al., Nano Lett. 13, 4123 (2013). https://doi.org/10.1021/nl401628y
G Seo, G. Lee, Mi. J. Kim, et al., ACS Nano 14, 5135 (2020). https://doi.org/10.1021/acsnano.0c02823
P. Sun, Y. Cong; M. Xu , et al., Micromachines 12, 731 (2021). https://doi.org/10.3390/mi12070731
P.-C. Su, B.-H. Chen, Y.-C. Lee, et al., Biosensors 10, 213 (2020). https://doi.org/10.3390/bios10120213
A. Müller, X. T. Vu, V. Pachauri, et al., Phys. Status Solidi A 215, 1800234 (2018). https://doi.org/10.1002/pssa.201800234
A. Gao, X. Yang, J. Tong, et al., Biosens. Bioelectron. 91, 482 (2017). https://doi.org/10.1016/j.bios.2016.12.072
M. H. Jakob, B. Dong, S. Gutsch, et al., Nanotechnology 28, 245503 (2017). https://doi.org/10.1088/1361-6528/aa7015
V. P. Popov, M. A. Ilnitskii, E. D. Zhanaev, et al., Semiconductors 50, 632 (2016). https://doi.org/10.1134/S1063782616050195
Yu. D. Ivanov, T. O. Pleshakova, K. A. Malsagova, et al., Sens. Actuators B 261, 566 (2018). https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.01.153
S. Zafar, C. D’Emic, A. Jagtiani, et al., ACS Nano 12, 6577 (2018). https://doi.org/10.1021/acsnano.8b01339
J. Choi, T. W. Seong, M. Jeun, et al., Adv. Healthcare Mater. 6, 1700796 (2017). https://doi.org/10.1002/adhm.201700796
A. S. Trifonov, D. E. Presnov, I. V. Bozhev, et al., Ultramicroscopy 179, 33 (2017). https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2017.03.030
D. E. Presnov, I. V. Bozhev, A. V. Miakonkikh, et al., J. Appl. Phys. 123, 054503 (2018). https://doi.org/10.1063/1.5019250
D. E. Presnov, S. Kafanov, A. A. Dorofeev, et al. JETP Lett. 108, 492 (2018). https://doi.org/10.1134/S0021364018190037
Z. Wang, S. Lee, K.-i. Koo, K. Kim, NanoBioscience 15, 186 (2016). https://doi.org/10.1109/TNB.2016.2528258
Y. Cui, Z. Zhong, D. Wang, et al., Nano Lett. 3, 149 (2003). https://doi.org/10.1021/nl025875l
S. Thomas, R. L. Orozco, T. Ameel, et al., Sens. Actuators B 247, 889 (2017). https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.03.005
J. S. Farrar and C. T. Wittwer, in Molecular Diagnostics (Academic, 2017), pp. 79–102. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-802971-8.00006-7
T. Menzen and W. Friess J. Pharm. Sci. 102, 415 (2013). https://doi.org/10.1002/jps.23405
J. J. Chen, C. M. Shen, and Y. W. Ko, Biomed. Microdevices 15, 261 (2013). https://doi.org/10.1007/s10544-012-9728-6
H. Zhu, H. Li1, H. Zhang, et al., Microfluidics Nanofluidics 24, 7 (2020). https://doi.org/10.1007/s10404-019-2308-9
J. Lynch, PCR Technology: Principles and Applications for DNA Amplification (Freeman and Company, 1992), p. 536. https://doi.org/10.1136/jmg.27.8.536
P.-C. Chen, D. E. Nikitopoulos, S. A. Soper, and M. C. Murphy, Biomed. Microdevices 10, 141 (2008). https://doi.org/10.1007/s10544-007-9119-6
O. Gubanova, M. Andrianova, M. Saveliev, et al., Mater. Sci. Semicond. Process. 60, 71 (2017). https://doi.org/10.1016/j.mssp.2016.12.007
B. Quiones, M. S. Swimley, K.-E. Narm Yu, et al., Front. Cell. Infect. Microbiol. 2, 61 (2012). https://doi.org/10.3389/fcimb.2012.00061