多巴胺與其他分子之偵測

此實驗分為兩個部分，第一個部分是以修飾 DA-specific aptamer 之 MPC SiNW-FET 偵測多巴胺 (DA)、抗壞血酸 (AA)、鄰苯二酚 (CT)、苯乙胺 (PEA)、

酪 胺 酸 (TR) 、 腎 上 腺 素 (EP) 以 及 正 腎 上 腺 素 (NE) ， 探 討 這 些 分 子 與 DA-specific aptamer 之間的結合親和力 (binding affinity)。第二個部分是以僅修 飾 PTMS 之 MPC SiNW-FET 偵測上述七種分子，做為控制組實驗。

實驗時，我們將欲偵測的分子以 0.1 倍磷酸鹽緩衝溶液 (0.1x phosphate buffer saline, 0.1x PBS, 含有 13.7 mM NaCl、 270 μM KCl、1 mM Na2HPO4 與 200 μM KH2PO4，pH 7.2) 配製成所要的濃度，吸取所調配之樣品溶液 100 μl 滴 在晶片上，利用 2.1.4 元件電性量測節所述之 Isd-Vg 量測系統進行偵測，掃 描並記錄 Isd-Vg 曲線。鎖相放大器的參數設定為 Vsd = 10 mV、modulation frequency = 79 Hz、time constant = 100 ms，閘極電壓 Vg 掃描範圍為 200 mV 到 -200 mV。實驗完成後，處理數據並利用 Langmuir adsorption isotherm model 求 出解離常數 (dissociation constant, Kd)。

緩衝溶液的選擇：

SiNW-FET 的偵測原理是基於目標分子與受體結合時，目標分子的電荷改變 矽奈米線的表面電位，進而改變矽奈米線中的載子濃度，使偵測的電訊號改變。

一般生物感測實驗會在生理緩衝溶液中進行，而緩衝溶液中含有高濃度的鹽類，

由於靜電吸引力，這些離子會在帶電荷的目標分子周圍形成電雙層 (electrical double layer)，遮蔽目標分子所產生的電場，此現象即為所謂的 Debye screening，

目標分子的電位 V(r) 會隨著距離以指數方式下降，可表示為 V r ^/ ，r 為 目標分子與受體之結合位置 (binding site) 到矽奈米線表面的距離，λ 為 Debye length，其定義如下列公式：

λ ε ε k T 2N e I

為真空的介電常數；ε 為溶液的介電常數；k 為波茲曼常數；T 為絕對溫 度；N 為亞佛加厥常數；e 為基本電荷 (1.6 x10^-19 C)；I 為溶液中電解質的離 子強度，其定義如下列公式：

I 1

2 c z

c 是離子 i 的莫耳濃度， 是離子 i 所帶的電荷數。λ 可經過換算改寫為下列 公式：

λ 1

8π N I 其中 為 Bjerrum length (0.7 nm)。

由上述的公式可知，當溶液的離子強度愈高，λ 會愈短，造成的遮蔽效應 會更加嚴重，導致所偵測到的電訊號變化較小，降低矽奈米線場效應電晶體的偵 測靈敏度，因此我們會根據目標分子與受體之結合位置到矽奈米線表面的距離，

選擇適當的生理緩衝溶液進行實驗，由於 DA-specific aptamer 與 DA 之結合位 置到矽奈米線表面的距離約為 3 nm，我們選擇在 0.1x PBS 溶液 (λ = 2.4 nm) 下進行實驗。

PBS (pH 7.2) (nm)

x1 0.7 150

x0.1 2.4 15

x0.01 7.4 1.5

表 2- 1 不同濃度磷酸鹽緩衝溶液的 Debye length 和離子強度。

樣品溶液準備：

將欲偵測的分子溶解於 0.1x PBS (pH 7.2)，並以稀釋的方式配製不同濃度的 樣品溶液。所配製的多巴胺濃度為 0.1 pM、0.3 pM、1 pM、3 pM、10 pM、30 pM、

100 pM、300 pM、1 nM、3 nM、10 nM、30 n 以及 100 nM；抗壞血酸濃度為 1 μM；鄰苯二酚濃度為 1 μM；苯乙胺濃度為 1 μM；酪胺酸濃度為 1 μM；腎 上腺素濃度為 1 pM、3 pM、10 pM、30 pM、100 pM、300 pM、1 nM、3 nM、

10 nM、30 n 以及 100 nM；正腎上腺素濃度為 0.65 pM、2 pM、6.5 pM、20 pM、

65 pM、200 pM、650 pM 、2 nM、6.5 nM 以及 20 nM。