Crescimento e caracteriza¸c˜ ao das amostras semicondutoras

Para estudar a resposta do biossensor em rela¸c˜ao `as propriedades el´etricas do se- micondutor, foram crescidas por Chemical Beam Epitaxy (CBE) 3 amostras de filmes finos de InP sobre substrato de InP (100) semi-isolante. Os filmes apre- sentaram dopagem residual, a qual varia dependedo das condi¸c˜oes da cˆamara no sistema CBE, e uma amostra com dopagem de Si. A Tabela 2.1 ilustra as proprie- dades das amostras crescidas. A caracteriza¸c˜ao das propriedades do semicondutor foram feitas por medidas de Efeito Hall, realizadas no sistema ECOPIA do LA- MULT/IFGW. Os valores para a concentra¸c˜ao de portadores, mobilidade e resis- tividade apresentados na Tabela 2.1 s˜ao uma m´edia dos resultados de 4 medidas Hall para cada amostra. Todas as amostras apresentaram concentra¸c˜ao de porta- dores do tipo n. As amostras InP#3227, InP#3235 e InP#3228 foram crescidas com dopagem residual, a primeira amostra tem concentra¸c˜ao de portadores da or- dem de 1015_{cm−3 e as amostras InP#3235 e InP#3228, 10}14_cm−3_{, sendo portanto}

mais resistivas que a primeira. A concentra¸c˜ao de portadores da amostra dopada com Si ´e da ordem de 1018_cm−3_{, assim essa amostra apresenta uma resistividade} muito pequena em rela¸c˜ao `as outras amostras. A espessura das amostras varia proporcionalmente ao tempo de crescimento no CBE.

Tabela 2.1: Valores m´edios para a concentra¸c˜ao e mobilidade de portadores e resistividade do filme fino de InP. Estes valores foram obtidos atrav´es de 4 medidas Hall. Tamb´em s˜ao apresentados o tempo de crescimento das amostras

no CBE e a espessura nominal relacionada.

As amostras foram clivadas nas dimens˜oes de 15 mm x 7 mm para a montagem do dispositivo. Nas laterais da amostra foram feitos contatos el´etricos de In, atrav´es de difus˜ao em 450 °C por 15 min em atmosfera de N2, de modo a obter contatos ˆohmicos, isto ´e, diminuir a barreira de potencial de contato entre o metal e o semicondutor, obtendo uma resistˆencia de contato baixa. As curvas I x V apresentaram comportamento linear nas medidas realizadas na rampa de tens˜ao entre -100 mV e 100 mV. Os contatos de In funcionam como contatos da fonte e dreno, em analogia com um disposito FET. O contato da porta ´e substitu´ıdo pela camada de biomol´eculas.

2.1.3

Funcionaliza¸c˜ao da superf´ıcie

Para este projeto foram sintetizadas pela Thermo Scientific fitas simples de ssDNA com 80 pares de bases, com modifica¸c˜ao amina (N H2) na termina¸c˜ao 5’, consti- tuindo as mol´eculas de probe ssDNA imobilizadas na superf´ıcie e utilizadas como receptores no biossensor, e fitas ssDNA complementares correspondentes, consti- tuindo as mol´eculas de target ssDNA utilizadas no analito nas medidas de detec¸c˜ao. Ap´os o processamento dos contatos el´etricos, as amostras foram funcionalizadas para a imobiliza¸c˜ao dos receptores (probe ssDNA) na superf´ıcie. A Figura 2.3

mostra as etapas do protocolo utilizado. O processo de funcionaliza¸c˜ao consiste na oxida¸c˜ao da superf´ıcie, amina¸c˜ao, funcionaliza¸c˜ao com polietileno glicol e imo- biliza¸c˜ao covalente de ssDNA [63,64].

Figura 2.3: Etapas do processo de funcionaliza¸c˜ao da superf´ıcie: 1.Oxida¸c˜ao; 2.Amina¸c˜ao; 3.Camada PEG e 4.Imobiliza¸c˜ao covalente de probe ssDNA, adap-

tado de [65].

O protocolo utilizado ´e descrito a seguir.

As amostras com os contatos el´etricos passaram por um processo de limpeza em ultra-som com acetona, isopropanol e ´agua deionizada durante 15 min em cada solvente. Em seguida foi feita uma limpeza em plasma de O2 (100 mTorr, 50 sscm, 40 Watts), por 10 min, para aumentar a densidade de grupos hidroxilas (OH) na superf´ıcie. Ent˜ao dois fios de cobre foram soldados nos contatos el´etricos.

Para a amina¸c˜ao da superf´ıcie, isto ´e, gera¸c˜ao de grupos amina (NH2), as amostras foram incubadas em uma solu¸c˜ao de 5 M de hidr´oxido de etanolamina em DMSO (Dimethyl Sulfoxide), pr´e-aquecida por 1 h em 60 °C, com agita¸c˜ao de 5 em 5 min para obter uma solu¸c˜ao homogˆenea. A superf´ıcie da amostra foi totalmente coberta com essa solu¸c˜ao e depois colocou-se um cover slip sobre os contatos para evitar evapora¸c˜ao. Ap´os 12 h, as amostras foram lavadas em DMSO, e duas vezes com ´agua DI, depois secadas com fluxo de N2.

Ap´os a amina¸c˜ao da superf´ıcie, foi feito o processo de funcionaliza¸c˜ao com po- lietilenoglicol do tipo NHS-PEG-COOH, que ´e uma mol´ecula heterobifuncional com uma termina¸c˜ao ´ester (NHS), que vai ligar aos grupos amina, e a outra ter- mina¸c˜ao sendo um grupo carboxila (COOH) que vai ficar exposto para a imobili¸c˜ao das mol´eculas de ssDNA. A camada PEG serve como linker para a imobiliza¸c˜ao de probe ssDNA e como passiva¸c˜ao da superf´ıcie contra a adsor¸c˜ao de outras

mol´eculas da solu¸c˜ao na superf´ıcie aminada. Nesta etapa prepara-se uma solu¸c˜ao 2 mM de NHS-PEG-COOH em 500 µl de clorof´ormio e 20 µl de trietilamina. Para evitar r´apida evapora¸c˜ao do clorof´ormio a amostra foi incubada com um cover slip por aproximadamente 1 h. `A medida que evaporava, era adicionada mais solu¸c˜ao. Depois as amostras foram lavadas v´arias vezes com ´agua DI, etanol e com ´agua DI novamente, e secas em N2.

Para a imobiliza¸c˜ao de probe ssDNA, foram utilizados buffers para manter a for¸ca iˆonica do meio fixa. A tabela 2 mostra como as solu¸c˜oes tamp˜oes (buffers) s˜ao preparadas e os valores de pH obtidos. As amostras funcionalizadas foram colo- cadas em uma placa de petri esteri-lizada. Foi feita uma solu¸c˜ao de 1 mg de EDC (1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide) em 100 µl buffer MES (2-(N- morpholino)-ethanesulfonic acid). Depois 30 µl da solu¸c˜ao de estoque de 200 µM de probe ssDNA em buffer TRIS (tris (hydroxymethyl)aminomethane) foi dilu´ıda em 30 µl de MES/EDC, obtendo-se uma solu¸c˜ao com concentra¸c˜ao 100 µM de probe DNA, que foi colocada sobre a superf´ıcie da amostra funcionalizada. Utiliza- se buffer ´acido com EDC para aumentar a densidade de mol´eculas de DNA que ligam na superf´ıcie. Para obter uma atmosfera ´umida s˜ao colocadas “gotinhas” de ´agua ao redor da amostra. A solu¸c˜ao foi mantida sobre a superf´ıcie por 2 h. Em seguida as amostras foram lavadas em ´agua DI (5 min), buffer KCL (10 min), para retirar mol´eculas adsorvidas na superf´ıcie, e novamente em ´agua DI (5 min). Depois foram secas com N2. Antes de iniciar as medidas da resposta do biossen- sor, foi feita uma passiva¸c˜ao adicional na superf´ıcie com uma solu¸c˜ao de 30 µL de etileno glicol em 90 µL de ´agua DI, de modo a evitar adsor¸c˜ao n˜ao espec´ıfica do target ssDNA na camada PEG.

Tabela 2.2: Materiais utilizados na prepara¸c˜ao dos buffers e os valores de pH obtidos.