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奈米生物分子電子檢測元件研究

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Academic year: 2021

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(1)

奈米生物分子電子檢

測元件研究

陳啟東 中央研究院物理所 蔡麗珠 國立台北科技大學分子科學與工程系 紀佩吟 中央研究院物理所 褚家容 中央研究院物理所 吳憲昌 中央研究院物理所 林銘洲 中央研究院物理所 劉家榮 中央研究院物理所 林宏一 國立台南大學材料科學學系

(2)

當今科技發展的三大主流

„

奈米科技

„

生物科技

(3)

近兩年來研究的內容與成果

„ 利用非均勻電場拉伸並固定單一DNA分子的研究 (Nanotechnology) „ 以DNA作為電子微影術中的光阻劑來製作奈米圖案 (Advanced Materials) „ 利用電子束於基板上產生靜電荷藉以吸附DNA分子 以製作奈米圖案(Nanotechnology) „ 以生物分子作為媒介,利用靜電荷固定金奈米顆 粒,以製作奈米導線,並以此製作單電子電晶體 (Advanced Functional Materials)

„ 以金顆粒自主裝製作單電子電晶體 „ 以SOI (Silicon-On-Insulator) 為基礎材料,製作奈 米導線場發射電晶體,以檢測生物分子 „ 以奈米孔洞檢測個別DNA分子 „ 以單一步驟電子微影技術製作光子晶體(Advanced Materials)

(4)

去氧核糖核酸

DNA

A: 腺嘌呤 Adenine G: 鳥糞嘌呤 Guanine T: 胸腺嘧啶 Thymine C: 胞嘧啶 Cytosin

(5)

(a) (b)

(c) (d)

E-beam exposure

Application of HS-20T solution onto gold surface

A layer of HS-20T oligonucleotides

Hybridization of Hex-20A with HS-20T

(6)

10 μm 2 μm Area does μC/cm2 100 1000 10000 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 100 1000 10000 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Relative intensity 2000 4000 6000 8000 0.01 0.1 1 2000 4000 6000 8000 0.01 0.1 1

(7)

1 μm (a) 1 μm (b) Au nanopaticle (~13nm) patterns

(8)

研究內容

„ 利用非均勻電場拉伸並固定單一DNA分子的研究 „ 以DNA作為電子微影術中的光阻劑來製作奈米圖案 „ 利用電子束於基板上產生靜電荷藉以吸附DNA分子 以製作奈米圖案 „ 以生物分子作為媒介,利用靜電荷固定金奈米顆 粒,以製作奈米導線,並以此製作單電子電晶體 „ 以金顆粒自主裝製作單電子電晶體 „ 以SOI (Silicon-On-Insulator) 為基礎材料,製作奈 米導線場發射電晶體,以檢測生物分子 „ 以奈米孔洞檢測個別DNA分子 „ 以單一步驟電子微影技術製作光子晶體

(9)

(b) substrate - - + ++ + + ++ + + + + + + + + + + --- - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - --- - - - ++ + + + + + - - - - -

1. Electron beam induced charge trapping

2. Absorption of biotin modified oligonucleotides (20T)

3. Attachment of Au nanoparticles to form single-line pattern

(10)

Patterns of

DNA-based

Au

(11)

Patterns of DNA-based Au nanoparticles

1. One of the significant feature is capable of putting a designed particle pattern to a specific location.

2. Application for the surface plasmon resonance, nano-electronics, waveguide etc.

3. For example: by adding biotin-7T, Au, biotin-20A, and Au repeatedly we can make it into a conductive nano-wire.

(12)
(13)
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單電子電晶體

(Single electron transistor- 簡稱SET)

„ 利用量子穿隧效應來控制 與量測單電子的運動 „ 電流為單一電子所形成, 故具低消耗功率之優點 „ 體積小(<50nm)具高密度 組裝之優點 „ 主要是應用庫倫阻斷 (Coulomb Blockade) 來控 制電流 Vb I

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研究內容

„ 利用非均勻電場拉伸並固定單一DNA分子的研究 „ 以DNA作為電子微影術中的光阻劑來製作奈米圖案 „ 利用電子束於基板上產生靜電荷藉以吸附DNA分子 以製作奈米圖案 „ 以生物分子作為媒介,利用靜電荷固定金奈米顆 粒,以製作奈米導線,並以此製作單電子電晶體 „ 以金顆粒自主裝製作單電子電晶體 „ 以SOI (Silicon-On-Insulator) 為基礎材料,製作奈 米導線場發射電晶體,以檢測生物分子 „ 以奈米孔洞檢測個別DNA分子 „ 以單一步驟電子微影技術製作光子晶體

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H H Source Drain SiO 2 Si Si N Si-wire O O O O O N 1 5 T Si-wire H H H H H O O O O O Si NH2 H H Si-wire O O O O O H H Si O N Si-wire O O O O O Si-wire O O O O O 2 3 4 1 Si N Si-wire O O O O O N 1 5 T H H 1 5 A 15 C 5 0.0 0.5 1.0 1.5 400 500 600 Time (kS) R0 ( M Ω ) NW1 NW2 Buffer

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研究內容

„ 利用非均勻電場拉伸並固定單一DNA分子的研究 „ 以DNA作為電子微影術中的光阻劑來製作奈米圖案 „ 利用電子束於基板上產生靜電荷藉以吸附DNA分子 以製作奈米圖案 „ 以生物分子作為媒介,利用靜電荷固定金奈米顆 粒,以製作奈米導線,並以此製作單電子電晶體 „ 以金顆粒自主裝製作單電子電晶體 „ 以SOI (Silicon-On-Insulator) 為基礎材料,製作奈 米導線場發射電晶體,以檢測生物分子 „ 以奈米孔洞檢測個別DNA分子 „ 以單一步驟電子微影技術製作光子晶體

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photonic crystals

„

photonic crystals are also known as

photonic band-gap materials

„

Photonic crystals are periodic dielectric

structures that have a band gap that

forbids propagation of a certain

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參考文獻

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