A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologieA 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti 2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti

Functionalizarea siliciului cu Functionalizarea siliciului cu film de aur pentru imobilizarea film de aur pentru imobilizarea

fragmenteleor de ADNfragmenteleor de ADN

Monica Simion, Irina Kleps, Anca Angelescu,

Adina Bragaru, Mihaela Miu, Mihai Danila, Marieta Costache1

National Institute for Research and Development in Microtechnologies

1Universitatea Bucuresti,Facultatea de Biologie

e-mail: monicas@imt.ro;

A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologieA 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti 2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti

Echipament PCR classic Echipament PCR classic

(termo-amplificator genetic; Eppendorf

Mastercycler Model 384);

Observatie:Observatie:

costul unui astfel de echipament poate

ajunge pina la 9000$

Reprezentare schematica a structuriiReprezentare schematica a structurii

Structura pe siliciu pentru amplificarea AND-ului

Observatie: Observatie:

costurile vor fi de ordinul zecilor de dolari

timp de amplificare redus

SiSi

Ti/ PtTi/ Pt

GlassGlass

SiSi

Ti/ PtTi/ Pt

GlassGlass

A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologieA 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti 2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti

Camera de reactie

Rezistor Ti/Pt

Plachete siliciu cu structuri testa)fata cu rezervor

b) fata cu rezistor

a) b)

A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologieA 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti 2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti

Imagine microscop optic detalii rezistor de Platina

Imagine microscop optic Imagine microscop optic Detalii camera de reactie Detalii camera de reactie

A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologieA 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti 2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti

Biochip pentru analiza AD N cu functie de PCR (polimeraze chain reaction)

Cerere de Brevet:

Procedeu de realizare a unui biochip cu functia de amplificare a unor fragmente specifice de ADN prin

reactia polimerazica in lant

Autori:Monica Simion, Irina Kleps, Anca Angelescu, Teodora Neghina, Mihaela Miu, Adina Bragaru, Tatiana Oana Nedelcu, Florea Craciunoiu, (IMT-Bucuresti), Eduard Condac (UB, Facultatea de Biologie).

MEDALIE DE ARGINT - Eureka 2005 -Buxelles

A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologieA 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti 2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti

In literatura se cunosc o serie de proceduri chimice pentru legarea

covalenta a oligonucleotidelor de substratul solid direct sau prin intermediul unui

linker. Tipic folosirea unui suport solid cere prezenta pe suprafata acestuia a unor

grupari nucleofile care sa reactioneze cu oligonucleotide care sa contina grupari

reactive. Imobilizarea ADN-ului este critica pentru tehnologia chip-urilor. Se

cunosc o serie de metode pentru a atasa oligonucleotide, pe substratul de siliciu,

in functie de gruparea care se afla la capatul 5’ al acesteia. Daca la capatul 5’ se

afla grupari -SH, suprafata poate fi functionalizata cu –OH, -NH2, -COOH sau chiar

-SH, iar daca la capatul 5’ se afla

-NH2, suprafata poate avea grupari -COOH, >C=O.

Functionalizarea chimica a reactorului PCRFunctionalizarea chimica a reactorului PCR

A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologieA 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti 2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti

Experimentari tehnologice pentru Experimentari tehnologice pentru functionalizarea cu Au a reactorului PCRfunctionalizarea cu Au a reactorului PCR

• Se propune o metoda noua de functionalizare a suprafetei

reactorului care este in curs de brevetare;

• Experimetarile au fost facute pe plachete de Si de tip p(100) sau

n(100), de rezistivitate 0.01-0.001 cm, cu suprafata foarte rugoasa

obtinuta prin corodare chimica in KOH.

• Suprafata reactorului din Si a fost acoperita cu strat de aur de

grosime 10 nm, obtinut prin evaporare in vid;

• Probele au fost tratate termic in atmosfera reducatoare;

Temperatura de tratament 5000C 9000C

Conditii tratamente N2 / H2

30 min

N2 / H2

30 min

A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologieA 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti 2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti

Imagine obtinuta prin microscopie optica a suprafetei unui reactor PCR corodat in Si si functionalizat cu Au

Se observa suprafata puternic rugoasa a Si (100) dupa procesul de corodare anizotropa in solutie de KOH 25 %.

A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologieA 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti 2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti

Spectru Raze X Au/Si

Se observa o texturare a Au(111) pe suprafata de Si rugos a reactorului PCR; prezenta Au(111) nu se observa pe suprafete lustruite de Au/Si.

A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologieA 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti 2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti

Se observa formarea unei inerfete reactive Au-Si. Se mai observa prezenta oxigenului nativ si a carbonului de contaminare

Imagine SIMS pentru sistemul Au/Si inainte de efectuarea tratamentului termic

A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologieA 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti 2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti

Imagini SEM ale structurilor Au/Si inaintea tratamentului termic

A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologieA 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti 2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti

Spectru de raze X pentru sistemul Au/Sidupa tratamentul termic

Se observa accentuarea texturarii Au(111) dupa tratamentul termic in atmosfera reducatoare

A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologieA 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti 2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti

Caracterizarea structurii Caracterizarea structurii dupa tratamentul termicdupa tratamentul termic

Imagine obtinuta prin microscopie optica a unui reactor functionalizat cu aur

A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologieA 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti 2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti

Rezultate imobilizare ADNRezultate imobilizare ADN

Fragment ADN uman D1S-2644 microsatelit amplificat prin reactie de PCR

•Oligonucleotida marcata florescent 5’ TET- TGCAACCCACCTGAATGA 3’ (10 pmoli/ml in 10% DMSO) prin incubare la 80oC timp de 2 h•Hybridizare a probei

Imobilizare oligonucleotida fluorescenta pe Au/Si (A-20X, B- 40x)

A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologieA 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti 2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti

Hibridizare ADN pe Au/Si(A-20X, B- 40x)

Rezultate imobilizare ADNRezultate imobilizare ADN

A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologieA 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti 2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti

ConcluziiConcluzii

• Analizele XRD ale filmelor de aur tratate termic au scos in evidenta o texturare a stratului

de aur. Factorul de orientare se accentuiaza după tratamentul la 500oC (textură 111).

• Pentru probele Au/Si care au suferit tratament la 900oC se observa o crestere in

intensitate a valorii maximului pentru textura Au(111) si disparitia celor de tip Au(200) si

Au(311).

• Imobilizarea probelor de ADN pe suprafata reactorului Au/Si este foarte uniforma atit

inainte cit si dupa hibridizare, comparativ cu probe functionalizate chimic cu polilizina

sau cu polipirol.

• Se mentioneaza ca mecanismul de atasare a fragmentelor ADN pe suprafata Au este

diferit de cel prin auto-asamblare, prin intermediul unor grupari tiol (-SH).

• In cazul de fata oligonucleotidele modificate chimic cu grupari –NH2, s-au atasat covalent

de suprafata Au/Si tratata termic. Se presupune ca acesta suprafata este functionalizata

cu grupari >C=O (posibil –COOH) rezultate din activarea carbonului de contaminare prin

tratamentul termic reducator si oxidare ulterioara.

A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologieA 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti 2 martie 2006, Biblioteca Academiei Romane, Bucuresti

LUCRARILUCRARI

• “Micro fluidic Biochip for Bio-medical Application”, Monica Simion, Anca Angelescu, Irina Kleps, Mihaela Miu, Marioara Avram, Florea Craciunoiu, Teodora Ignat, Adina Bragaru, ICM 2004, Tunis, Tunisia, 2004

• “Electro-Thermal Simulation and Design of Silicon Based Bioanalytical Micro- devices”, Monica SIMION, Irina KLEPS, Oana Tatiana NEDELCU, Anca ANGELESCU, Mihaela MIU, ICIT2004, Hammamet, Tunisia, 2004

• “Activities of Cellular and molecular Pharmacology centre concerning biomedical applications of nanotechnlogy”, Mihaela Albulescu – ICCF Bucuresti - „6th Advanced Course In Cell-material Interactions at Molecular Level”, Porto, Portugal, June 20-24, 2005;

• “Silicon microsystems for controlled drug delivery”, Mihaela Miu, Anca Angelescu, Irina Kleps, Monica Simion, Adina Bragaru, Teodora Neghina – IMT Bucuresti -, 3rd World Conference on Drug Absorption, Transport and Delivery Clinical Significance and Regulatory Impact, Barcelona, 18-20.04.2005

• Nanoporous silicon matrix used as biomaterial, Monica Simion, Irina Kleps, Teodora Negina, Anca Angelescu,Mihaela Miu, Adina Bragaru, Mihai Danila, Eduard Condac, Lorand Lavu, Marieta Costache, ISMANAM05, France, 2005