Nghiên cứu chế tạo cảm biến sinh học dựa trên transistor hiệu ứng trường sợi silic và ứng dụng ban đầu trong phát hiện tế bào lưu chuyển của ung thư vú

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
PTN CÔNG NGHỆ NANO

BÙI HÀ QUỐC THẮNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẢM BIẾN SINH HỌC
DỰA TRÊN TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƢỜNG SỢI SILIC
VÀ ỨNG DỤNG BAN ĐẦU TRONG PHÁT HIỆN TẾ BÀO
LƢU CHUYỂN CỦA UNG THƢ VÚ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh - 2012


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
PTN CÔNG NGHỆ NANO

BÙI HÀ QUỐC THẮNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẢM BIẾN SINH HỌC
DỰA TRÊN TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƢỜNG SỢI SILIC
VÀ ỨNG DỤNG BAN ĐẦU TRONG PHÁT HIỆN TẾ BÀO
LƢU CHUYỂN CỦA UNG THƢ VÚ

Chuyên ngành:

Vật liệu và Linh kiện Nano

(Chuyên ngành đào tạo thí điểm)
LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TỐNG DUY HIỂN

Thành phố Hồ Chí Minh - 2012


iii

MỤC LỤC
CHƢƠNG 1:
1.1

TỒNG QUAN VỀ CẢM BIẾN SiNW FET ................................................ 1

ĐẠI CƢƠNG VỀ CTC TRONG UNG THƢ VÚ .................................................. 1

1.1.1

Khái niệm về CTC. .......................................................................................... 1

1.1.2

Lịch sử nghiên cứu CTC: ................................................................................ 1

1.1.3

Các phƣơng pháp phát hiện CTC .................................................................... 2

1.1.4

Ý nghĩa lâm sàng của CTC .............................................................................. 6

1.2

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CẢM BIẾN SINH HỌC SiNW FET ..................... 8

1.3

PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO SiNW FET ............................................................. 10

1.3.1

Chế tạo sợi nano Silic bằng phƣơng pháp Top Down (TD) .......................... 10

1.3.2

Chế tạo sợi nano bằng phƣơng pháp Bottom Up (BU) ................................. 15

1.4

ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN SiNW FET ........................................................ 16

CHƢƠNG 2:
2.1

CHẾ TẠO CẢM BIẾN SiNW FET ........................................................... 17

CHẾ TẠO SiNW FET .......................................................................................... 17

2.1.1

Wafer: ............................................................................................................ 21

2.1.2

Oxy hóa tạo màng SiO2 ................................................................................. 21

2.1.3

Tạo màng Si3N4 ............................................................................................. 21

2.1.4

Quang khắc (photolithography) ..................................................................... 22

2.1.5

Ăn mòn khô lớp Si3N4 ................................................................................... 22

2.1.6

Tẩy lớp photoresist ........................................................................................ 23

2.1.7

Ăn mòn ƣớt lớp SiO2 ..................................................................................... 23

2.1.8

Ăn mòn dị hƣớng tạo sợi Silic ....................................................................... 23

2.1.9

Tẩy lớp Si3N4 ................................................................................................. 24

2.1.10

Ăn mòn SiO2 hình thành sợi Silic .................................................................. 24

2.1.11

Chế tạo điện cực ........................................................................................... 24

2.1.12

Thụ động bề mặt điện cực ............................................................................. 25

2.2

CHỨC NĂNG HÓA BỀ MẶT SỢI NANO ......................................................... 28

2.2.1

Biomarkers .................................................................................................... 28

2.2.2

Thụ thể ........................................................................................................... 29

2.2.3

Chất kết nối (Linker) ..................................................................................... 29

CHƢƠNG 3:

ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CẢM BIẾN SAU KHI CHẾ TẠO.................. 34

3.1

TÍNH CHẤT HÌNH THÁI ................................................................................... 34

3.2

TÍNH CHẤT ĐIỆN: ............................................................................................. 35


iv
CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG BAN ĐẦU CỦA SiNW FET TRONG PHÁT HIỆN TẾ
BÀO LƢU CHUYỂN CỦA UNG THƢ VÚ.................................................................. 41
4.1

CHUẨN BỊ TẾ BÀO ............................................................................................ 41

4.2

CHUẨN BỊ HỆ ĐO .............................................................................................. 42

4.3

KẾT QUẢ ĐO PHÁT HIỆN TBUTV TRONG DUNG DỊCH ĐỆM .................. 44

4.4

NGHIÊN CỨU, SOI TẾ BÀO BẰNG KÍNH HIỂN VI HUỲNH QUANG ........ 47

CHƢƠNG 5:

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ................................................. 50


1
CHƢƠNG 1: TỒNG QUAN VỀ CẢM BIẾN SiNW FET
1.1.
1.1.1.

ĐẠI CƢƠNG VỀ CTC TRONG UNG THƢ VÚ
Khái niệm về CTC. Là các tế bào ung thu lưu chuyển trong

quá trình sinh phát ung thư và di căn.
1.1.2.

Lịch sử nghiên cứu CTC: lần đầu tiên được phát hiện năm

1869 bởi bác sĩ Thomas Ashworth. Mãi thời gian gẩn đây CTC mới

được quan tâm nghiên cứu nhờ sự hổ trợ của công nghệ micro, nano,
công nghệ gen…
1.1.3.

Các phương pháp phát hiện CTC: có nhiều phương pháp phát

hiện CTC, điển hình là các phương pháp sau.
 Phương pháp ly tâm
 Màng Lọc
 Cellsearch:
 CTC chíp (Microfluidic chip)
 Transistor hiệu ừng trường.
Transitor hiệu ừng trường sợi Silic (SiNW FET) là loại có nhiều ưu
việt trong các dòng transistor hiệu ứng trường làm cảm biến sinh học vì:
nó tính siêu nhạy của cảm biến, tính chọn lọc đặc trưng rất cao của
cảm biến, tính đồng bộ và đa dạng của cảm biến, Tính tự do chức năng
bề mặt, Tính tích hợp (lab on chip), tính tương thích và có thể cho cho
kết quả ngay (tính tức thời)
1.1.4. Ý nghĩa lâm sàng của CTC
Nghiên cứu CTC giúp tiên lượng thời kỳ bệnh: đánh gía khía cạnh sinh
học của, thông tin di truyền và cơ chế quá trình sinh phát ung thư


2
1.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CẢM BIẾN SINH HỌC SiNW
FET.
Cảm biến SiNW FET hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu ứng trường.
giống như hiệu ừng trường trong transistor phổ biến MOSFET. Với tác
nhân gây hiệu ứng trường trong SiNW FET là các điện tích bám lên bề
mặt sợi nano Silic. Vì sợi nano nên tỉ lệ S/V rất lớn, dẫn đến chỉ một

thay đổi nhỏ về điện tích trên bề mặt do các chất sinh học bám lại cũng
làm thay đổi dòng chạy qua sợi Silic. Sư thay đổi này đươc ghi nhận và
đánh giá thành phần bị bắt cặp tại sợi Silic.

Hình 1-1. transistor hiệu ứng trường sợi Silic. Hai điện cực nguồn
và máng được nối với nhau qua kênh dẫn sợi Silic kích thước
nanomet. Độ dẫn qua sợi được điều chỉnh bằng thế điện áp vào cực
cổng ở đế Silic. (b) Sự thay đổi tính cường độ dòng điện chạy qua
sợi Si loại P khi có các phần tử bị bắt lại trên sợi. Dòng điện giảm
khi đối tượng mang điện tích dương, cùng dấu với điện tích hạt tải
chính trong sợi, làm dòng điện qua sợi giảm. Trong khi đối tượng
mang điện tích âm bị bắt làm dòng điện tăng lên.
Khi tích hợp nhiều SiNW FET
này trong một chíp, và mỗi sợi
Silic được chức năng các phần
tử nhận biết những đối tượng
khác nhau nhằm phát hiện
nhiều đối tượng cùng lúc
[Hình 1-2].
Hình 1-2. Chíp SiNW FET gồm nhiều sợi Si đặt song song nhau, mỗi sợi
được gắng một phần tử khác nhau nhằm phát hiện những đối tượng khác
nhau, nên cảm biên có thể đo đồng thời nhiều thông số khác nhau


3
1.3. PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO SiNW FET
Có hai phương pháp chế tạo chính (top down và bottom up) được sử
dụng để chế tạo SiNW FET.
1.3.1. Chế tạo sợi nano Silic bằng phƣơng pháp Top Down
Top down (TD) là phương pháp chế tạo SiNW FET từ đế Silic loại SOI

(Semiconductor On Insulator-SOI) dựa trên các kỹ thuật chủ yếu bao
gồm quang khắc nano (nanolithography), ăn mòn (etching), tạo đường
dẫn (metallization) để có được cấu trúc SiNW FET mong muốn.
1.3.2. Chế tạo sợi nano bằng phƣơng pháp Bottom Up (BU)
Là phương pháp tạo sợi Silic từ các các nguyên tử, phân tử ban đầu. Có
hai hướng tiếp cận chính để chế tạo sợi nano theo phương pháp BU là:
phương pháp lắng đọng hơi hóa học (chemical vapor depositionCVD) dựa trên cơ chế chuyển từ trạng thái hơi sang trạng thái lỏng rồi
cuối cùng ổn định ở trạng thái rắn (vapor liquid solid- VLS); Bốc bay
laser trong đó nguồn laser được hội tụ tại một vùng không gian nhỏ với
năng lượng cao làm bay hơi chất bán dẫn ban đầu đang ở thể rắn.
1.4. ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN SiNW FET
SiNW FET có nhiều ứng dụng khác nhau như: Phát hiện loại
protein mong muốn dựa trên sự tương tác protein-protein. Phát hiện
DNA dựa trên quá trình lai hóa chuỗi DNA. Phát hiện sớm các bệnh
ung thư thông qua phát hiện các biomarker. Giám sát nhiễm virus bằng
cách phát hiện loại virus đó. Nghiên cứu quá trình tương tác của các
phân tử nhỏ có các liên kết peptide. Ghi nhận tín hiệu và chuyển đổi tín
hiệu đó từ tế bào


4
CHƢƠNG 2: CHẾ TẠO CẢM BIẾN SiNW FET
2.1. CHẾ TẠO SiNW FET
Để chế tạo SiNW FET, qua nghiên cứu, phân tích các tài liệu, bài báo
chuyên ngành, trao đỗi với các chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực chế
tạo nano nói chung và chế tạo sợi nano nói riêng và tìm nghiên cứu tình
hình thực tiễn tại PTN chúng tôi chọn phương pháp Top down để chế
tạo sợi Si. Để phát hiện được các biomakers sợi nano Si sử dụng phải là
các sợi có chất lượng cao, ở dạng đơn tinh thể (single crsytalline
Silicon), nên wafer Semiconductor On Insulator (SOI) được dùng.

Chế tạo sợi nano Si dùng kỹ thuật Top down, gồm các bước sau [Hình
2-1…10].
1. Chuẩn bị wafer
2. Oxy hóa tạo lớp SiO2
3. Tạo màng Si3N4
4. Quang khắc (photolithography)
5. Ăn mòn khô lớp Si3N4
6. Tẩy lớp photoresist (chấm cảm quang)
7. Ăn mòn ướt lớp SiO2
8. Ăn mòn dị hướng tạo sợi Si
9. Tẩy lớp Si3N4
10. Ăn mòn lớp SiO2 hình thành sợi Silic


5
11. Chế tạo điện cực kim loại để kết nối sợi Si ra mạch
ngoài-hình thành cấu trúc transistor hiệu ứng trường sợi
Si (SiNW FET)
12. Tạo lớp cách điện, bảo vệ bề mặt điện cực

Hình 2-1. Wafer SOI có cấu trúc 3 lớp, đế là lớp bán dẫn Silic, giữa là
lớp cách điện SiO2, trên cùng là lớp Silic - lớp này dùng đề chế tạo sợi
SiNW FET.

Hình 2-2. Lớp SiO2 được tạo trên lớp Silic ban đầu có chiều dày 40nm.

Hình 2-3. Lớp Si3N4 25nm được hình thành trên cầu trúc lớp SiO2


6

Hình 2-4. Quá trình quang khắc. (a) khi lớp photoresit được phủ trên
lớp Si3N4;(b) là những nơi photoresist bị chiếu sáng sẽ có màu tím; (c)
những phần màu tím bị rửa trôi trong dung dịch thuốc hiện (developer).

Hình 2-5. Lớp Si3N4 bị ăn mòn tại những vùng lớp photoresist đã được
tẩy trong khi những vùng không bị tẩy lớp Si3N4 vẫn còn giữ lại.

Hình 2-6. Cấu trúc sau khi rửa bỏ lớp photoresist


7

Hình 2-7. Ăn mòn lớp SiO2 40nm, sau quá trình ăn mòn thu được cấu
trúc hình bên phải

Hình 2-8. (a) cơ chế ăn mòn dị hướng wafer Silic <100> trong dung
dịch bazơ của kim loại kiềm; (b) kết quả sau khi ăn mòn dị hướng tạo
sợi Silic

Hình 2-9. Sau khi tầy lớp Si3N4 phía trên


8

Hình 2-10. (a) ăn mòn lớp SiO2 hình thành sợi Silic, ( b) nhìn nghiêng
từ trên cao với nhiều sợi song song nhau, hai đầu sợi là vùng sẽ phủ
làm điện cực.
Hình 2 (1-10): Sơ đồ khối các bước công nghệ chế tạo sợi Silic trên đế
SOI. Khi chế tạo sợi nano Silic xong, là bước chế tạo điện cực.

Hình 2-11. Bước chế tạo điện cực gồm sáu bước nhỏ: (a) bước phủ
photoresist, (b) chiếu ánh sáng làm thay đổi tính chất của photoresist, (c) )
development rửa trôi những phần photoresist bị chiếu, (d) phủ lớp đệm
điện cực bằng kim loại Ti mục đích tạo tiếp xúc ohmic, (e) phủ kim loại
Platin làm điện cực, (f) liff off-tẩy kim loại trên lớp photoresist và
photoresist đó.


9
Bước cuối cùng trong quy trinh chế tạo SiNW FET là thụ động bề mặt
điện cực [hình 2-12]

Hình 2-12. Các bước thực hiện khi chế tạo lớp cách điện thụ
động điện cực. (a) mặt bên của sợi đã chế tạo, (b) phủ
photoresist, (c) chiếu ánh sáng lên vùng photoresist cần tẩy đi,
(d) development tẩy lớp photoresist bị chiếu, (e) phủ lớp cách
điện SiO2 bằng phương pháp e-beam, (f) liff off hình thành cầu
trúc có vách ngăn cách điện giữa hai điện cực
SiNW FET chế tạo xong như [Hình 2-13]. Lúc này có thể kiểm
tra các tích chất điện của SiNW FET trước khi tiến hành bước chức
năng hóa bề mặt hình thành cảm biến.


10

Hình 2-13. Transistor được chế tạo có dạng như hình vẽ. Vùng
chính giữa sợi Silic có chiều dài 10µm, chiều rộng 2µm là
vùng sẽ được chức năng bề mặt làm cảm biến. Hai đầu điện
cực lộ ra để cắm nguồn điện, hai lớp cách điện hai bên điện

cực ngăn chặn dòng rò
2.2. CHỨC NĂNG HÓA BỀ MẶT SỢI NANO
SiNW FET được chế tạo xong để trở thành cảm biến phát hiện một
đối tượng nào đó phải qua bước chức năng hóa bề mặt sợi Si.
2.2.1. Biomarkers
Biomarker được định nghĩa là chất sinh học chỉ thị mang dấu hiệu cho
một bệnh, một chất, một trạng thái sinh học nào đó hoặc một trạng thái
bệnh tật được biển hiện. biomarker của chúng ta là cytokerotin, một
protein biểu hiện của tế bào biểu mô của tế bào ung thư vú lưu chuyển.
2.2.2.

Thụ thể
Thụ thể là chất đóng vai trò phát hiện chất cần phân tích, trong
trường hợp này là các kháng thể anti-cytokarotin nhằm phát hiện
cytokarotin của tế bào biểu mô ung thư vú.


11
2.2.3. Chất kết nối (Linker)
Là chất liên kết giửa sợi Silic và các thụ thể. Glutaraldehyde được chọn
vì nó có hai nhóm (CHO), một đầu nối với bề mặt sợi Silic, còn đầu kia
nối với anti-cytokeratin.
Quy trình chức năng hóa bề mặt sợi nano Silic được trình bày cụ thể
như [Hình 2-14]. Sau quá trình này, SiNW FET có thể dùng đề phát
hiện tế bào ung thư vú lưu chuyển trong dung dịch đệm.
1. Khử SiO2 (2-7nm) trên bề mặt SiNW để tạo liên kết Si-H bằng
cách :
2. Tạo nhóm chức NH2 (được bảo vệ):
3. Rửa chip với dung dịch chloroform trong 15 phút ở 500C và rửa lại
bằng methanol hai lần ở nhiệt độ phòng, mỗi lần 5 phút. Mục đính

làm bền đơn lớp tert-butyl allylcarbamate đã gắn lên sợi và tẩy hết
dung môi methanol ở bước 2.
4. Loại bỏ nhóm chức t-BOC bảo vệ gốc amin bằng cách :
Khi phân tử tert-butyl allylcarbamate đã gắn vào sợi Si, nhóm NH2
bị bảo vệ bởi nhóm t-BOC nên chúng không thể tương tác và hình
thành liên kết với các phân tử khác. Ta cần làm lộ ra nhóm NH2 này
bằng dung dịch trifluoroacetic acid (TFA) 5% (dung môi methylene
chloride) trong 2 giờ.
5. Lượng axit TFA còn dư nằm trên bề mặt sợi cần được rửa đi bằng
dung dich bazơ NH4OH 1% trong 5 phút và sau đó rửa bằng nước,


12

Hình 2-14. Quy trình thực hiện chức năng hóa bề mặt sợi Si bằng
phương pháp xử lý trực tiếp trên bề mặt Si tinh khiết.
6. Glutaral hóa:
Đây là bước bắt cầu cần thiết để gắn kháng thể lên sợi nano Silic.
Glutaraldehyde có nhóm chức biotin (CHO) ở hai đầu. Khi ngâm
chíp trong dich dich glutaraldehyde 2% (dung môi là nước) trong 1
giờ. Một đầu CHO của phân tử glutaraldehyde sẽ hình thành liên kết
với nhóm NH2 trong phân tử tert-butyl allylcarbamate ở bước 4, một
đầu còn lại sẽ liên kết với thụ thể anti-CK trong bước tiếp theo.
7. Chíp sau khi được glutaral hóa sẽ được ủ qua đêm trong anti
cytokeratin hỗn hợp, bước này các kháng thể anti-CK đã gắng lên
sợi Si, các kháng thể này sẽ bắt cặp với các kháng nguyên CK của tế
bào UTV nhằm phát hiện tế bào.


13

CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CẢM BIẾN SAU KHI CHẾ
TẠO
3.1.

TÍNH CHẤT HÌNH THÁI

Hình ảnh SiNW FET qua kính hiển vi kim loại học.

Hình 3-1. Hình ảnh của SiNW FET chế tao được. (a) Hình tổng thể với
độ phóng đại 5000 lần. Chíp có 8 transistor, mỗi bên có 4 transistor,
bao gồm các loại chứa 8 sợi, 4 sợi, 2 sợi và 1 sợi Silic. (b) Transistor có
8 sợi, (c) Transistor có 4 sợi Silic, (d) Transistor có 2 sợi Silic, và (e)
Transistor có 1 sợi Silic. Chiều dài của các sợi trong khoảng 9 ± 0.5
µm và chiều rộng trong khoảng 1.5 ±0.15 µm, khoảng cách các sợi
trong một transistor là 2µm.


14
3.2. TÍNH CHẤT ĐIỆN:
3.2.1. Đặc trƣng I-V của sợi Silic
Tính chất điện của SiNW FET đươc đánh giá qua thông số đặc trưng IV và đặc trưng I-V với điệu thế cổng phân cực. hệ đo hệ đo đặc trưng
điện Aligent 4155C

Current I ds (µA)

Phép kiểm tra được tiến hành cho SiNW FET có một sợi, hai
sợi, bốn sợi và tám sợi. Với (Vds) thay đổi từ -1V đến 1V, các kết quả
được trình bày trong các [Hình 3-3…6]. Các Transistor có kênh dẫn
một sợi Silic là 19.8555 kΩ, hai sợi là 26.2404 kΩ, bốn sợi là 18.1151
kΩ và tám sợi là 14.5173 kΩ. Việc điện trở của dây không tỉ lệ thuận

với số sợi cho thấy điện trở tiếp xúc giữ một giá trị đáng kể trong điện
trở tổng thể của cả transistor.
Si NW FET 1 sợi

30
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8 (V)1
V
ds

Hình 3-3. Đặc trưng I- V của cảm biến SiNW FET với kênh dẫn
là 1 sợi Silic


15

Current Ids (µA)

Si NW FET 8 sợi
120
100
80
60
40
20
0
-20
-40
-60
-80 -1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8
1
Vds(V)

Hình 3-6. Đặc trưng I- V của cảm biến SiNW FET với kênh dẫn là 8
sợi
Đặc trƣng I-V với điện thế phân cực (bias)
Hình 3-7 (a-b-c-d) lần lượt là đặc trưng của các cảm biến một
sợi, hai sợi, bốn sợi, tám sợi ứng với các hiệu điện thế cổng khác nhau,
thay đổi từ -5V, -4V, -3V, -2V, -1V, và 0V. Đồ thị cho thấy khi Vg càng
âm thì dòng điện qua sợi càng tăng thể hiện đúng sợi được chế tạo là sợi
Silic bán dẫn loại P. đặc trưng I-V tăng khi tăng thế Vg càng âm, Chính
đặc điểm này làm cho sợi Silic có thể trở thành bộ phận chuyển đổi tín
hiệu trong cảm biến sinh học dựa trên cấu trúc SiNW FET vì độ dẫn

điện của nó thay đổi khi nhạy với điện tích bề mặt âm. Cụ thể là khi có
một phân tử sinh học bám lên trên sợi sẽ làm dòng điện thay đổi, giống
như dòng điện thay đổi tại một Vds nhất định nào đó ứng với các Vg
khác nhau.
3.2.2.


16
a)1 sợi

b) 2 sợi

c) 4 sợi

d) 8 sợi

Hình 3-7. Đặc trưng bias của các SiNW FET vời (a) là kênh dẫn một
sợi, (b) là kênh dẫn hai sợi, (c) kênh dẫn bốn sợi, (d) kênh dẫn 8 sợi


17
CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG BAN ĐẦU CỦA SiNW FET TRONG
PHÁT HIỆN TẾ BÀO LƯU CHUYỂN CỦA UNG THƯ VÚ
4.1. CHUẨN BỊ TẾ BÀO
Dòng tế bào ung thư vú MCF-7 được nuôi tại Phòng thí nghiệm
Công nghê Sinh học Phân tử Trường ĐH Khoa học Tự Nhiên
Tp.HCM trong môi trường nuôi cấy DMEM (Dulbecco's Modified
Eagle Medium), đó là môi trường phổ biến để nuôi cấy tế bào ung
thư vú. Tế bào được lấy ra, bảo quản lạnh, và chuyển về Phòng
thí nghiệm Công nghệ Nano, ĐHQG TPHCM để tiến hành đo đạc

trong ngày.
4.2. CHUẨN BỊ HỆ ĐO
Hệ đo được thiết kế như sau:

Hình 4-1. Hệ giữ chíp có chứa các kênh dẫn vi chất lỏng
(microfluidics) và hệ hỗ trợ để tích hợp SiNW FET với thiết
bị đo điện bên ngoài, sử dụng để thực hiện các thí nghiệm
trong phát hiện tế bào ung thư vú bằng cảm biến SiNW FET.


18
4.3. KẾT QUẢ ĐO PHÁT HIỆN TBUTV TRONG DUNG DỊCH
ĐỆM

Hình 4-2. Sự phụ thuộc dòng điện của SiNW FET (loại chứa tám sợi
SiNW) vào thời gian thí nghiệm, trong quá trình đó dung dịch chứa
TBUTV được bơm vào

Hình 4-3. Cường độ dòng điện của SiNW FET thay đổi từ 9nA lên 25nA
khi cho dung dịch chứa tế bào UTV. Dòng điện sau đó đạt giá trị bão
hòa xấp xỉ 30nA


19

Hình 4-4. Kết quả lăp lại trong phép đo phát hiện TBUTV. Dòng điện
qua SiNW FET trong thời gian chưa có dung dịch chứa tế bào ổn định
ở mức thấp, khi cho dung dịch vào dòng tăng lên khoảng 20nA sau đó
giảm nhẹ và đều về khoảng 30nA

Hình 4-5. Sự thay đổi dòng điện của SiNW FET khi đo trong môi trường
buffer PBS 0.1M


20
4.4. NGHIÊN CỨU, SOI TẾ BÀO BẰNG KÍNH HIỂN VI HUỲNH
QUANG
Vì kết quả đo giữa hai lần dung dịch có tế bào và buffer không có
tế bào có sự khác biệt không đáng kể nên chúng tôi tiến hành soi tế bào
đã nhuộm huỳnh quanh qua kính hiển vi. Quan sát qua KHV huỳnh quang
cho thấy các tế bào UTV chỉ chuyển động trong một khoảng nhỏ rồi dừng
lại. Trong khi kích thước sợi Silic trong SiNW FET (loại tám sợi) chỉ trong
khoảng 32x10µm nên khả năng tế bào UTV gặp được vùng làm việc của
SiNW FET (vùng có khả năng kết cặp với các kháng thể trên sợi) là rất
thấp.

Hình 4-6. Hình ảnh tế bào phân bố trên bề mặt chíp SiNW FET được
nhìn qua KHV huỳnh quang độ phóng đại 5000 lần. Các đốm sáng là
các tế bào UTV phát sáng, các đốm nhỏ trong hình vuông trắng là sợi
Silic. Với thiết kế và kích thước đang được sử dụng của sợi Silic như
quan sát được trên hình cho ta thấy xác suất để tế bào nằm vào vùng
làm việc (vùng có khả năng kết cặp với các kháng thể trên sợi SiNW) là
không lớn.


21
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
- Chỉ dùng kỹ thuật ăn mòn trong công nghệ chế tạo micro, chúng tôi
đã chế tạo được sợi Silic kích thước nano. Kết quả chế tạo cho thấy,
chúng tôi đã kiểm soát được quy trình chế tạo sợi SiNW bằng

phương pháp top down. Với những kỹ thuật ăn mòn màng mỏng, đặc
biệt là kỹ thuật ăn mòn dị hướng tinh thể Silic <100> trên đế SOI kết
hợp với các kỹ thuật quang khắc.
- Chíp chế tạo ra chứa nhiều SiNW FET được tích hợp, cho phép thực
hiện nhiều phép phân tích trong cùng một thời điểm. Tính chất điện
của sợi SiNW chế tạo ra đã được khảo sát. Kết quả cho thấy sợi có
độ dẫn điện tốt, không có các sai hỏng, các bẫy điện tử. Qui trình chế
tạo cũng đã tạo được tiếp xúc ohmic tại các điện cực kim loại và sợi
SiNW.
- Các quy trình chức năng hóa bề mặt sợi Silic (công bố bởi các nhóm
nghiên cứu khác đã được tổng hợp, sử dụng để chức năng hóa bề
mặt sợi nano để thụ động hóa các kháng thể trên bề mặt sợi. Tuy
nhiên điều kiện thí nghiệm hiện nay (không chỉ tại PTN Công Nghệ
Nano ĐHQG TPHCM, mà cả ở tất cả các đơn vị nghiên cứu khác
trong nước) đều còn rất hạn chế. Ví dụ như không có đơn vị nào có
các thiết bị cần thiết có thể kiểm tra khả năng gắn kết của các chất
kết nối gắn lên bề mặt sợi và cũng chưa kiểm tra được mật độ gắn
kết kháng thể anti-CK lên sợi.
- Ngoài ra trong quá trình thụ động hóa sử dụng ánh sáng UV bước
sóng 254nm phải cần các thiết bị, hệ hệ giữ và chứa chíp chuyên
dụng làm bằng đá Thạch anh. Tuy nhiên các thiết bị này hiện cũng
chưa được trang bị, nên gây khó khăn và ảnh hưởng đến tính chính
xác của cả quy trình.
- Các kết quả khảo sát cho thấy độ nhạy của SiNW FET là rất cao, ví
dụ có thể ghi nhận được sự thay đổi dòng siêu nhỏ cỡ nA. Đây là ưu