表面修飾

SiNW-FET 生物感測器，是在矽奈米線的表面修飾上特定的受體 (receptor) 做為感測元件。而要連結特定受體與矽奈米線表面，在我們的實驗中，使用了 APTMS 作為化學鍵結 (chemical linker) 分子。

SiNW-FET 的表面含有大量的矽醇基 (silanol group, Si-OH) ，與 APTMS 反 應後自組裝成單分子層的APTMS，此時表面含一級胺基 (amino group, -NH2)，

藉此可作特定受體與矽奈米線表面的連結 (圖 2-7)。

圖 2-7 以 APTMS 修飾之矽奈米線。APTMS 分子中-OCH3官能基會與Si-OH 反 應，產生化學鍵結，與矽奈米線的表面連結。

1. All area modification (AAM)

一般使用液相修飾 (solution-phase modification) 的方式對 SiNW-FET 表面 作修飾。

此法係將已完成製程步驟的SiNW-FET 先經 Oxygen Plasma (30 W, 60 s) 清 潔表面過後，浸泡於1 %的 APTMS 溶液 (以 95 %酒精稀釋之) 中，反應時間為 30 min，而後以酒精清洗表面，並利用 N2吹乾表面，最後，以110 ℃加熱約 5 min，

即完成修飾步驟。

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2. Selected surface modification (SSM)

在此實驗中，我們利用氣相修飾 (gas-phase modification) 的方式，針對矽奈 米線的表面作選擇性的修飾，其裝置圖如圖 2-8。

首先，我們切取一適當大小且表面上已長有矽奈米線之矽晶圓破片，將其懸 掛於三頸瓶的中央，並於平底處注入不經稀釋之 APTMS 原液，利用 Dry pump 將其於室溫中抽真空約1 min，使 APTMS 汽化，最後，將其送進 40 ℃的烘箱中 靜置，此時 APTMS 會被固定化於矽奈米線的表面，這種表面上修飾有 APTMS 分子的矽奈米線，我們稱之它為APTMS-SiNWs。

在修飾步驟完成過後，我們亦將含APTMS-SiNWs 的破片置於 110 ℃加熱板 上加熱約10 min，為使 APTMS 固定化於矽奈米線上的情形更佳良好。

此法與 AAM SiNW-FET 製作方式上的不同，是在於我們先對矽奈米線作 APTMS 的氣相修飾，而後將其接觸轉印在含有外層電極的晶片上，再進行內層 電極的製程作業。

圖 2-8 氣相修飾裝置示意圖。

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3. 生物素 (biotin) 的固定化

為比較SSM APTMS/SiNW-FET 和 AAM APTMS/SiNW-FET 之間靈敏度的差 異，在我們的實驗中，利用biotin (生物素) 和 avidin (抗生物素) 具高度親和力 的特點，對兩種SiNW-FET 作電訊號的即時偵測。

在此，我們將biotin 作為特定受體，固定化在 SiNW-FET 的表面上。於 SSM APTMS/SiNW-FET 和 AAM APTMS/SiNW-FET 製備完成後，將晶片浸泡於 1 mM 3-maleimidobenzoic acid N-hydroxy succinimide ester (MBS, 溶於 1：9 (v/v) 的 DMSO 和 1 × PBS)中約 30 min，此時 MBS 會與 APTMS 的胺基反應，形成醯胺 鍵 ， 再 以 去 離 子 水 清 洗 表 面 ， 並 以 氮 氣 吹 乾 之 。 配 製 5 mM 的 N-(6-(Biotinamido)hexyl)-3’-(2’-pyridyldithio)-propionamide (biotin-HPDP) 和 100 mM dithiothreitol (DTT) 於 1：9 (v/v) 的 DMSO 及 1 × PBS 的溶液中，將晶片再 度浸泡於其中約1 hr，此時 biotin-HPDP 的 sulfhydryl group 會與 MBS 的 maleimide group 反應，以去離子水清洗表面，並以氮氣吹乾之，完成 biotin 的固定化 (圖 2-9)。

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圖 2-9 Biotin 固 定 化 於 SiNW-FET 之 化 學 反 應 機 制 圖 。 固 定 化 的 步 驟 為 APTMS-MBS-biotin，但因為實驗所用的 biotin-HPDP 具有雙硫鍵，故實驗中添 加DTT 以切斷雙硫鍵，使其可與 MBS 反應之。

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