3.1. Applications of DNA-Based ISFE

3.1. Applications of DNA-Based ISFET
When DNA strands bind to the gate surface of ISFETs, changes in surface potential occur due to the negative charge of DNA, thereby allowing for excellent performance of in DNA sensing. Through special treatments of the oxide layer of a FET, probe DNA can be immobilized onto the oxide surface in an orientation-controlled manner. As for methods of DNA detection, the most widely used techniques depend on enzymatic, fluorescent, and radiochemical tags. But all these methods, though they show high sensitivity and low detection limits, are insufficient to solve problems such as assay time, cost and complexity. To overcome these drawbacks, a label-free detection of DNA using a FET device with a real-time electrical readout system for rapid, cost-effective, and simple analysis of DNA samples has been proposed [8]. As an example of this, a detection platform based on an amorphous silicon-based (a-Si:H) ISFET for the label-free detection of covalent immobilization of DNA and subsequent hybridization of its complementary DNA was developed by Goncalves et al. [29]. In this study, DNA binding behavior was monitored using an ISFET biosensor, which was observed as changes in the threshold voltage (VTH). Through electric field monitoring, a sensitive response of a-Si:H ISFET to target DNA of different levels of hybridization was observed. Since the theoretical basis for elucidating the electronic data obtained from ISFET measurements is not strong, except for several parameters such as charge effect, capacitance effect, etc., a detailed study about the true behavior of thin-film FET biosensors will help to develop an advanced ISFET device suitable for real sample detection.

Detection of the hybridization of double stranded DNA was carried out using a single crystalline diamond synthesized by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) by Nebel et al. [30]. To immobilize DNA onto the sensing layer of the constructed ISFET, amine linker-molecules were covalently bound onto hydrogen-treated diamond surfaces by photochemical method. Firstly, 3’-thiol-modified single stranded DNA was attached to the gate sensing layer of the diamond, and then the ssDNA-coated gate was hybridized with the complementary DNA. In the study, gate potential shift was determined to be between 30 mV and 100 mV with the reduced DNA surface density using a DNA-ISFET device. In general, the variation in surface conductivity can be explained from the transfer doping model, in which the increase in hole density will cause a decrease of pH value in the surface conductive layer of the diamond.

Estrela et al. employed MOS capacitors consisting of Au/SiO2/Si and Poly-Si TFTs with a gold metal gate as ISFET biosensor for label-free electrical detection of DNA hybridization [31]. When probe DNA bind to its complementary DNA, changes in electric potential in the electric double layer occur, leading to a shift in the C–V (capacitance–voltage) or I–V (current-voltage) characteristics. Their resuts showed that the discrimination of mismatched DNA was detected only 3 mismatched DNA, and no more. The authors proposed that by using this ISFET system with the appropriate DNA probes, it is potentially feasible to detect single-base-pair mismatches, revealing the possibility of the sensitive detection of single nucleotide polymorphisms (SNPs), one of the most frequent genetic alterations in the human population [32]. Since SNPs are commonly believed to be associated with response to drug and disease outcome, one of the most valuable applications of SNPs would be a biomedical application such as disease diagnosis and therapeutics. Along this line, Purushothaman et al. [33] suggested an application of ISFET technology for the detection of SNPs. In that study, the authors developed a useful procedure for sequencing one base via the detection of single-base mismatch in DNA.

Regarding DNA biosensors, many studies on ISFET coupled with electronic aptamer-based (EBA) sensors have been reported [34]. Aptamers are nucleic acids (DNA or RNA [ribonucleic acid)] or peptide that selectively bind to their specific target molecules such as small molecules, nucleic acids, proteins, and even cells [35–37]. An ISFET-based aptamer sensor also uses a label-free electrochemical detection technology, measuring the changes in electrochemical signals generated from the interaction between the target molecules and the aptamers. In this context, Zayats et al.

recently reported on the direct monitoring of adenosine, as a target molecule [34]. Upon the binding of adenosine to the cognate aptamer, changes in the electrical signal were monitored with an ISFET. Figure 2 shows the schematic diagram of an ISFET-based aptamer sensor for adenosine. Following a primary silanization of Al2O3 gate with 3-aminopropyltriethoxysilane, the surface was subsequently modified with glutaric dialdehyde. After the covalent immobilization of amine-functionalized

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

3.1. การใช้งานของดีเอ็นเอตาม ISFETเมื่อดีเอ็นเอเส้นผูกเข้ากับพื้นผิวประตูของ ISFETs การเปลี่ยนแปลงศักยภาพของพื้นผิวเกิดขึ้นเนื่องจากประจุลบของดีเอ็นเอ ซึ่งสำหรับประสิทธิภาพที่ดีเยี่ยมของดีเอ็นเอการตรวจวัด ผ่านการบำบัดพิเศษของชั้นออกไซด์ของ FET ดีเอ็นเอโพรบสามารถตรึงบนพื้นผิวของออกไซด์ในลักษณะควบคุมแนว สำหรับวิธีการตรวจหาดีเอ็นเอ เทคนิคที่ใช้กันแพร่หลายมากที่สุดขึ้นอยู่กับแท็กเอนไซม์ เรืองแสง และ radiochemical แต่วิธีการเหล่านี้ แม้ว่าพวกเขาแสดงความไวสูงและข้อจำกัดการตรวจจับต่ำ ไม่เพียงพอในการแก้ปัญหาเช่นทดสอบเวลา ต้นทุน และความซับซ้อน เพื่อเอาชนะข้อเสียเหล่านี้ การตรวจจับฉลากฟรีการใช้อุปกรณ์ FET ระบบอ่านค่าไฟฟ้าแบบเรียลไทม์สำหรับการอย่างรวดเร็ว มีประสิทธิภาพ ง่าย และวิเคราะห์ตัวอย่างดีเอ็นเอของดีเอ็นเอได้รับการนำเสนอ [8] เป็นตัวอย่างนี้ แพลตฟอร์มตรวจจับอิงมีสัณฐานตามซิลิโคน (มี-Si:H) ISFET สำหรับป้ายชื่อฟรีตรวจหาตรึงโควาเลนต์ของดีเอ็นเอและการ hybridization ของดีเอ็นเอของเสริมได้รับการพัฒนาโดย Goncalves et al. [29] ในการศึกษานี้ ดีเอ็นเอรวมลักษณะการทำงานคือตรวจสอบใช้การ biosensor ISFET ซึ่งพบว่า เป็นการเปลี่ยนแปลงขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้า (VTH) ผ่านการตรวจสอบ การตอบสนองที่ละเอียดอ่อนของสนามไฟฟ้าเป็น-Si:H ISFET ไปเป้าหมาย DNA hybridization ระดับแตกต่างกันพบว่า เนื่องจากพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ที่ได้จากการวัดของ ISFET แจ่มชัดไม่แข็งแรง ยกเว้นสำหรับพารามิเตอร์ต่าง ๆ เช่นค่าธรรมเนียมผล ผลความจุ ฯลฯ การศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับการทำงานจริงของฟิล์มบาง FET biosensors จะช่วยพัฒนาอุปกรณ์ ISFET ขั้นสูงเหมาะสำหรับการตรวจสอบอย่างแท้จริงตรวจจับการ hybridization ของ DNA คู่ตกค้างดำเนินการใช้เพชรผลึกเดี่ยวสังเคราะห์ โดยสะสมเพิ่มพลาสม่าไอสารเคมี (PECVD) โดย Nebel et al. [30] เพื่อดีเอ็นเอบนชั้นของการตรวจวัดของ ISFET สร้าง บัม linker โมเลกุลถูกด้วยมัดลงบนพื้นผิวเพชรถือว่าไฮโดรเจน โดยวิธี photochemical ตอนแรก แนบ 3' thiol-แก้ไขเดียวควั่น DNA ชั้นตรวจวัดประตูเพชร แล้ว ประตูเคลือบ ssDNA เป็นไฮบริด ด้วยดีเอ็นเอเพิ่มเติม ในการศึกษา การเปลี่ยนแปลงที่ประตูถูกกำหนดเป็นระหว่าง 30 mV และ 100 mV กับดีเอ็นเอลดพื้นผิวความหนาแน่นในการใช้อุปกรณ์ชนิด isfet แบบดีเอ็นเอ ทั่วไป การเปลี่ยนแปลงในผิวการนำสามารถอธิบายได้จากการโอนยาสลบแบบ หลุมความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นจะทำให้การลดลงของค่า pH ในชั้นนำผิวของเพชร เต et al.จ้าง MOS ตัวเก็บประจุประกอบด้วย Au/SiO2 เทียบศรี และศรีโพลี TFTs ด้วยโลหะทองประตูเป็น ISFET biosensor สำหรับการตรวจหา DNA hybridization [31] ฟรีป้ายไฟฟ้า เมื่อสอบสวนผูกดีเอ็นเอของดีเอ็นเอที่สมบูรณ์ การเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าในไฟฟ้าสองชั้น เกิดขึ้น นำไปกะใน C-V (ความจุ – แรงดัน) หรือลักษณะ – V (แรงดันกระแส) Resuts ของพวกเขาแสดงให้เห็นว่า การเลือกปฏิบัติของดีเอ็นเอไม่ตรงกันพบเพียง 3 ตรงดีเอ็นเอ และไม่ ผู้เขียนเสนอว่า โดยระบบนี้ ISFET กับโพรบดีเอ็นเอเหมาะสม เป็นไปได้อาจตรวจหาคู่เดียวฐานไม่ตรงกัน เผยให้เห็นความเป็นไปได้ของการตรวจสอบที่สำคัญของหลากหลายเดี่ยวเบื่อหน่าย (SNPs), หนึ่งยีนบ่อย ๆ ในประชากรมนุษย์ [32] เนื่องจากโดยทั่วไปเชื่อว่า SNPs จะเกี่ยวข้องกับยาเสพติดและโรคผลตอบสนอง หนึ่งในโปรแกรมที่มีค่าที่สุดของ SNPs จะประยุกต์การแพทย์เช่นการวินิจฉัยโรคและบำบัด ตามนี้ Purushothaman et al. [33] แนะนำแอพลิเคชันของ ISFET เทคโนโลยีสำหรับการตรวจสอบของ SNPs ในการศึกษาที่ ผู้เขียนพัฒนากระบวนการมีประโยชน์สำหรับการจัดลำดับฐานหนึ่งผ่านการตรวจสอบของฐานเดียวไม่ตรงกันในดีเอ็นเอ เกี่ยวกับดีเอ็นเอ biosensors การศึกษาจำนวนมากใน ISFET ควบคู่กับเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ (EBA) คะแนน aptamer ได้รับรายงาน [34] Aptamers เป็นกรดนิวคลีอิก (DNA หรือ RNA [กรด ribonucleic)] หรือเปปไทด์ที่เลือกผูกกับโมเลกุลเป้าหมายที่เฉพาะเจาะจงของพวกเขาเช่นโมเลกุลเล็ก กรดนิวคลีอิก โปรตีน และแม้กระทั่งเซลล์ [35-37] ใช้เซ็นเซอร์ aptamer ISFET คะแนนยังใช้เทคโนโลยีตรวจจับฉลากฟรีไฟฟ้า การวัดการเปลี่ยนแปลงในสัญญาณไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจากการโต้ตอบระหว่างโมเลกุลเป้าหมายและการ aptamers ในบริบทนี้ Zayats et al เมื่อเร็ว ๆ นี้ รายงานบนตรงตรวจสอบ adenosine เป็นเป้าหมายโมเลกุล [34] เมื่อรวมของ adenosine เพื่อ aptamer วลี การเปลี่ยนแปลงของสัญญาณไฟฟ้าถูกตรวจสอบกับการ ISFET รูปที่ 2 แสดงไดอะแกรมแผนผังของการเซ็นเซอร์ตาม ISFET aptamer adenosine ต่อมาปรับเปลี่ยนพื้นผิวต่อ silanization หลักของ Al2O3 ประตูกับ 3 aminopropyltriethoxysilane กับ glutaric dialdehyde หลังจากตรึงโควาเลนต์ของปรับหมู่ฟังก์ชั่นมีน

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

3.1 การประยุกต์ใช้ ISFET ดีเอ็นเอ
เมื่อสายดีเอ็นเอผูกเข้ากับพื้นผิวประตู ISFETs การเปลี่ยนแปลงในศักยภาพผิวเกิดขึ้นเนื่องจากการประจุลบของดีเอ็นเอจึงอนุญาตให้ประสิทธิภาพที่ดีเยี่ยมในการตรวจจับดีเอ็นเอ ผ่านการรักษาพิเศษชั้นออกไซด์ของ FET การสอบสวนดีเอ็นเอสามารถตรึงลงบนพื้นผิวออกไซด์ในลักษณะการวางแนวทางควบคุม ในฐานะที่เป็นวิธีการของการตรวจสอบดีเอ็นเอเทคนิคการใช้กันอย่างแพร่หลายขึ้นอยู่กับเอนไซม์, Fluorescent และแท็ก radiochemical แต่วิธีการเหล่านี้แม้ว่าพวกเขาจะแสดงความไวสูงและข้อ จำกัด ในการตรวจสอบในระดับต่ำไม่เพียงพอที่จะแก้ปัญหาเช่นเวลาการวิเคราะห์ค่าใช้จ่ายและความซับซ้อน ที่จะเอาชนะอุปสรรคเหล่านี้มีการตรวจสอบฉลากฟรีของดีเอ็นเอโดยใช้อุปกรณ์ FET ที่มีระบบเวลาจริงมิเตอร์ที่อ่านได้อย่างรวดเร็วไฟฟ้าสำหรับค่าใช้จ่ายที่มีประสิทธิภาพและการวิเคราะห์ที่เรียบง่ายของตัวอย่างดีเอ็นเอได้รับการเสนอ [8] ในฐานะที่เป็นเช่นนี้ซึ่งเป็นแพลตฟอร์มการตรวจสอบบนพื้นฐานของซิลิคอน (a-Si: H) สัณฐาน ISFET สำหรับการตรวจสอบฉลากฟรีตรึงโควาเลนต์ของ DNA และการผสมพันธุ์ตามมาของดีเอ็นเอที่สมบูรณ์ของมันได้รับการพัฒนาโดย Goncalves et al, [29] ในการศึกษานี้มีผลผูกพันดีเอ็นเอพฤติกรรมคือการตรวจสอบการใช้ไบโอเซนเซอร์ ISFET ซึ่งได้รับการสังเกตการเปลี่ยนแปลงแรงดันเกณฑ์ (Vth) ผ่านการตรวจสอบสนามไฟฟ้ามีการตอบสนองที่มีความสำคัญของศรี: H ISFET เพื่อกำหนดเป้าหมายดีเอ็นเอของระดับที่แตกต่างกันของการผสมพันธุ์เป็นที่สังเกต ตั้งแต่พื้นฐานทฤษฎีสำหรับแจ่มชัดข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ที่ได้รับจากการวัด ISFET ไม่แข็งแรงยกเว้นสำหรับพารามิเตอร์หลายอย่างเช่นผลกระทบค่าใช้จ่ายผลความจุ ฯลฯ มีการศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับพฤติกรรมที่แท้จริงของไบโอเซนเซอร์ FET ฟิล์มบางจะช่วยในการพัฒนา อุปกรณ์ ISFET ขั้นสูงเหมาะสำหรับการตรวจสอบตัวอย่างจริง. การตรวจหาการผสมพันธุ์ของคู่ดีเอ็นเอควั่นได้ดำเนินการโดยใช้เพชรผลึกเดี่ยวสังเคราะห์โดยพลาสม่าเพิ่มไอสารเคมีการสะสม (PECVD) โดย Nebel et al, [30] ที่จะทำให้คลื่อดีเอ็นเอเข้าไปในชั้นการตรวจจับของ ISFET สร้าง amine ลิงเกอร์โมเลกุลโควาเลนต์กำลังมุ่งหน้าไปยังไฮโดรเจนรับการรักษาพื้นผิวเพชรโดยวิธีเคมี ประการแรก 3'-thiol แก้ไขเดียวควั่นดีเอ็นเอถูกแนบมากับชั้นประตูตรวจจับของเพชรและจากนั้นประตู ssDNA เคลือบถูกไฮบริดกับดีเอ็นเอที่สมบูรณ์ ในการศึกษาการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นประตูมุ่งมั่นจะเป็นระหว่างวันที่ 30 mV และ 100 mV มีความหนาแน่นพื้นผิวดีเอ็นเอลดการใช้อุปกรณ์ดีเอ็นเอ ISFET โดยทั่วไปการเปลี่ยนแปลงในการนำพื้นผิวที่สามารถอธิบายได้จากรูปแบบการถ่ายโอนยาสลบซึ่งในการเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นของหลุมจะทำให้เกิดการลดลงของค่าพีเอชในชั้นเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าบนพื้นผิวของเพชร. Estrela et al, ตัวเก็บประจุ MOS ลูกจ้างประกอบด้วย Au / SiO2 / ศรีและโพลีศรี TFTs กับประตูโลหะทองเป็น ISFET ไบโอเซนเซอร์สำหรับการตรวจสอบฉลากไฟฟ้าฟรีของดีเอ็นเอ [31] เมื่อผูกสอบสวนดีเอ็นเอดีเอ็นเอที่สมบูรณ์ของการเปลี่ยนแปลงในศักย์ไฟฟ้าในสองชั้นไฟฟ้าเกิดขึ้นนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงใน C-V (ความจุแรงดัน) หรือ I-V (ปัจจุบันแรงดัน) ลักษณะ resuts ของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าการเลือกปฏิบัติที่ไม่ตรงกันของดีเอ็นเอที่ถูกตรวจพบเพียง 3 ดีเอ็นเอที่ไม่ตรงกันและไม่มาก ผู้เขียนเสนอว่าด้วยการใช้ระบบ ISFET นี้ด้วยดีเอ็นเอโพรบที่เหมาะสมก็อาจเป็นไปได้ที่จะตรวจสอบไม่ตรงกันฐานเดียวคู่เผยให้เห็นความเป็นไปได้ของการตรวจสอบที่มีความสำคัญของความหลากหลายเบื่อหน่ายเดียว (SNPs) ซึ่งเป็นหนึ่งในการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่พบบ่อยที่สุด ในประชากรมนุษย์ [32] ตั้งแต่ SNPs ที่เชื่อกันโดยทั่วไปจะเกี่ยวข้องกับการตอบสนองต่อยาเสพติดและโรคผลหนึ่งในโปรแกรมที่มีค่าที่สุดของ SNPs จะเป็นแอปพลิเคชีวการแพทย์เช่นการวินิจฉัยโรคและการบำบัดรักษาโรค ตามแนวนี้พู et al, [33] แนะนำการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี ISFET สำหรับการตรวจหา SNPs ๆ ในการศึกษาที่ผู้เขียนได้พัฒนาเป็นขั้นตอนที่มีประโยชน์สำหรับลำดับฐานหนึ่งผ่านการตรวจสอบจากฐานเดียวที่ไม่ตรงกันใน DNA. เกี่ยวกับไบโอเซนเซอร์ดีเอ็นเอการศึกษาจำนวนมากใน ISFET คู่กับ (EBA) เซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ aptamer ตามที่ได้รับรายงาน [34] Aptamers กรดนิวคลีอิก (DNA หรือ RNA [กรด ribonucleic)] หรือเปปไทด์ที่คัดเลือกผูกกับโมเลกุลเป้าหมายที่เฉพาะเจาะจงของพวกเขาเช่นโมเลกุลขนาดเล็ก, กรดนิวคลีอิกโปรตีนและแม้กระทั่งเซลล์ [35-37] เซ็นเซอร์ aptamer ISFET ที่ใช้ยังใช้ฉลากฟรีเทคโนโลยีการตรวจสอบไฟฟ้า, การวัดการเปลี่ยนแปลงในการส่งสัญญาณไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจากการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลเป้าหมายและ aptamers ที่ ในบริบทนี้ Zayats et al. เมื่อเร็ว ๆ นี้การรายงานเกี่ยวกับการตรวจสอบโดยตรงของ adenosine เป็นโมเลกุลเป้าหมาย [34] เมื่อผูกพันของ adenosine ไป aptamer สายเลือดเปลี่ยนแปลงในสัญญาณไฟฟ้าถูกตรวจสอบกับ ISFET รูปที่ 2 แสดงแผนภาพของเซ็นเซอร์ aptamer ISFET ที่ใช้สำหรับ adenosine ต่อไปนี้ไซหลักของประตู Al2O3 กับ 3 aminopropyltriethoxysilane พื้นผิวที่มีการปรับเปลี่ยนในภายหลังกับ dialdehyde glutaric หลังจากที่ตรึงโควาเลนต์ amine-ฟังก์ชัน