Estudo das características elétricas do biossensor do tipo FET baseado em InP

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2016
Autor(a) principal: Silva, Aldeliane Maria da, 1994-
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Biossensores
Fosfeto de índio
DNA
Biosensors
Indium phosphide
Transistores de efeito de campo
Field-effect transistors
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1629184
Resumo: Orientadora: Mônica Alonso Cotta
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spelling Estudo das características elétricas do biossensor do tipo FET baseado em InPStudy of electrical characteristics of FET-type biosensor based on InPBiossensoresFosfeto de índioDNABiosensorsIndium phosphideDNATransistores de efeito de campoField-effect transistorsOrientadora: Mônica Alonso CottaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb WataghinResumo: Este trabalho apresenta resultados de nossa investigação sobre as propriedades elétricas do biossensor do tipo transistor de efeito de campo (FET, do inglês Field Effect Transistor) baseado em fosfeto de índio (InP). A estrutura deste biossensor consiste em um filme fino de InP do tipo-n crescido por Epitaxia de Feixe Químico (CBE, do inglês Chemical Beam Epitaxy) sobre um substrato de InP semi-isolante. No nosso biosensor, o contato da porta foi substituído por uma camada de biomoléculas carregadas de interesse para a detecção, funcionalizadas na camada de óxido do InP. O campo elétrico associado a estas biomoléculas pode modular o canal de condução. O sistema de interação específica utilizado foi a hibridização de fitas de ssDNA (single stranded DNA) complementares, onde os oligonucleotídeos receptores (probe) ssDNA foram imobilizados covalentemente na superfície da amostra. Este procedimento foi realizado através da oxidação com plasma de O2, seguida da funcionalização utilizando etanolamina e polietileno glicol (PEG), que serve como linker para a imobilização de receptores na superfície. As medidas elétricas de detecção foram feitas com as moléculas de target diluídas em buffer TRIS. A hibridização do DNA provoca um aumento na densidade de cargas na superfície, que consequentemente aumenta a largura da região de depleção no semicondutor, variando a resistência medida. A resposta do biossensor corresponde à variação da resistência em função da concentração de target. O biossensor apresentou sensibilidade para medidas de concentrações entre 10 pM e 30 pM, onde ocorre a saturação, e o tempo de resposta, no qual encontramos a estabilização do sinal medido, foi de aproximadamente 20 min. Variando a concentração de portadores e a espessura da camada semicondutora, verificamos alterações no limite de saturação (até ?M) e na sensibilidade do dispositivo. O controle destas propriedades, porém, mostrou-se limitado devido à variações na dopagem residual do semicondutor, e por isso discutimos aqui alternativas à geometria do dispositivo. Analisamos também a camada funcionalizada através de medidas de topografia e potencial de superfície usando métodos de microscopia de varredura por sonda (SPM, do inglês Scanning Probe Microscopy). Pudemos identificar a variação no potencial de superfície associada à imobilização do PEG e do DNA probe, mas não obtivemos resolução para o DNA target. Esta técnica permitiu porém verificar a estratificação de quatro níveis de potencial de superfície, no caso onde a funcionalização resultou em camadas mais espessas do que os valores típicos (~2 nm de espessura), em pequenas áreas do semicondutorAbstract: This dissertation presents our results for the electrical properties investigation of Indium Phosphide (InP) based Field Effect Transistor (FET) biosensor. The structure of this biosensor consists of a thin n-type InP film grown by Chemical Beam Epitaxy (CBE) on a semi-insulating InP substrate. In our biosensor, the gate contact has been replaced by charged biomolecules of interest for detection, functionalized to the InP oxide layer. The electric field associated with these biomolecules provides the conduction channel modulation. The specific interaction system used here was the hybridization of single stranded-DNA (ssDNA) complementary oligonucleotides, for which the ssDNA receivers (probes) were covalently immobilized on the sample surface. The functionalization was carried out by oxidation with O2 plasma, followed by grafting biomolecules using ethanolamine and polyethylene glycol (PEG), which act as a linker for immobilizing the receptors on the surface. Electrical detection measurements were made with the target molecules diluted in TRIS buffer. DNA hybridization causes an increase in the surface charge density; consequently the semiconductor depletion width increases, affecting the measured resistance. The biosensor response function corresponds to the resistance variation as a function of target concentration. Our biosensor showed measured sensitivity to concentrations between 10 pM and 30 pM, for which signal saturation occurs. The response time, for which the measured signal stabilization was observed, was approximately 20 min. By varying the carrier concentration and the thickness of the semiconductor layer, we observed changes in the saturation limit (up ?M) and device sensitivity. The control of these properties, however, is limited due to variations in the residual doping of the semiconductor. Therefore we discuss here alternative device geometries. We also analyzed the functionalized layer by topography and surface potential measurements obtained using scanning probe microscopy (SPM) methods. We were able to identify the change in surface potential associated with the immobilization of PEG and probe DNA, but not for the target DNA. These techniques have however shown four surface potential levels in the case when the functionalization resulted in non-uniform layers, thicker than the typical values (~ 2 nm), in small areas of the semiconductorMestradoFísicaMestra em FísicaCNPQ165741/2014-7FAPESPCAPES[s.n.]Cotta, Mônica Alonso, 1963-Deneke, Christoph FriedrichRiul Júnior, AntonioUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb WataghinPrograma de Pós-Graduação em FísicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSilva, Aldeliane Maria da, 1994-20162016-12-07T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf86 f. : il.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1629184SILVA, Aldeliane Maria da. Estudo das características elétricas do biossensor do tipo FET baseado em InP. 2016. 86 f. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1629184. 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