Admin
21st January 2010, 08:41 AM
تشخيص مولكول هاي زيستي با ميكرومكانيك
در اين مقاله به تعريف اصول انتقال و سپس تعريف انواع بيوحسگرها پرداخته شده است. همچنين در اينجا به حامل هاي پيزورزيستوي اشاره شده است- در قسمتي از مقاله به خصوصيات كوچك سازي و توليد انبوره در مورد وسايل الكترونيكي و Icها اشاره شده است.
كارشناسان سيستمهاي ميكروالكترومكانيكي (MEMS) چگونه زيست‌شناسان مولكولي را در مطالعه هيبريديزاسيون DNA پشتيباني مي‌كنند؟ ابزارهاي مبتني بر حامل مثالي هستند از اين كه چگونه يك حسگر ساده را ميتوان با تكنيك ساخت ميكرومتري ايجاد كرد، تا كارايي حير‌ت‌آوري را بدست دهد. آزمايشهاي جالبي را بررسي مي‌كنيم كه از اصول انتقال مكانيكي متفاوتي براي كشف و آناليز كميتهاي كوچك مواد استفاده مي‌كنند. اصول اين آزمايشها به زيست شناسان اجازه مطالعه و بررسي بيوشيمي سطحي را در مقياس نانومتري ميدهد و فرصت‌هاي جالب و منحصر به‌فردي را براي پيشرفت در سيستمهاي آناليز مهندسي پزشكي و ميكروسكوپي به‌وجود مي‌آورد.
حسگرهاي حامل بر اصول ساده و مشهور انتقال استوار است و مورد علاقه بسياري از محققان مي‌باشد و به دليل تركيب تكنيكهاي "ساخت ميكرومتري سيليكوني" و بيوشيمي، ايجاد گروههاي عامل روي سطح به همراه پيشرفت روشهاي حسگري چندحاملي، فرصت‌هاي جديدي را براي حسگرهاي فيزيكي و بيوشيمي ايجاد ميكند.
حاملهاي ايجاد شده به روشهاي توليد ميكرومتري از زمانپيشرفت ميكروسكوپي نيروي اتمي (AFM) در سال 1986[1] بيشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند.AFM و تكنيكهاي ميكروسكوپي پروب پيمايشگر (SPM) باعث اندازه‌گيري مستقيم عكس‌العمل‌هاي ويژه بين سطوح در مقياس مولكولي مي‌شوند. AFM نيروهاي بسيار كوچك در نوك يك تيرك ميكروسكوپي كه در انتهاي ديگر روي يك پايه (حامل) ثابت شده است را اندازه‌گيري ميكند. حامل مانند يك مبدل نيرو بر اثر نيروي واقع در نوك ميله خم ميشود(شكل2- الف).
شكل 1) حاملهاي سيليكون، اكسيد سيليكون يا نيتريد سيليكون به صورت تجاري در اشكال، ابعاد و حساسيت به نيروي متفاوت وجود دارند. تصاويـر ميكروسكوپ الكتروني پيمايشگر (SEM) از ميكروحاملهاي سيليكوني به كار رفته به عنوان پروبهاي AFM با هندسه و اندازه‌هاي متفاوت:
الف) حامل مستطيلي تجاري به همراه تيرك (Nanosensors GmbH & Co)
ب ) حامل مثلثي تجاري (به منظور به حداقل رساندن خمش‌هاي پيچشي) به همراه تيرك
ارائه شده توسط ماناليس http://www.nano.ir/images/paper/NanoBio-Link/3408.a1.gifگسترش كاربرد SPM هم در آزمايشگاههاي تحقيقاتي و هم در صنعت، به سهولت كار، هزينه‌كم و تكرارپذيري اين پروبها مربوط ميشود. با كوچك سازي ساختار حاملها تا اندازة ميكروسكوپي ميتوان هم به ثابت فنر كوچك (يعني حساسيت بالا براي نيروها يا تنش‌هاي بكار رفته) و هم فركانس تشديد بالا براي زمان‌هاي پاسخ سريع و مصونيت بالا در برابر نويزهاي مكانيكي بيروني دست يافت.
http://www.nano.ir/images/paper/NanoBio-Link/3408.a2.gifكوچك سازي و توليد انبوه، با بهره‌گيري از مزاياي تكنيكهاي ميكرو ماشين‌كاري سيليكوني غيرپيوسته كه براي فرآيند مدارهاي يكپارچه (IC ) توسعه يافته است حاصل ميشود[2,3]. حاملهاي سيليكون، اكسيد سيليكون يا نيتريد سيليكون از لحاظ تجاري با اشكال، ابعاد و حساسيتهاي نيرويي مختلف در دسترس مي‌باشند (شكل1). اندازه‌گيري نيز در مبناي http://www.nano.ir/images/paper/NanoBio-Link/3408.a3.gif (در سطح جفتهاي بيومولكولي منفرد) امكان‌پذير است[4-10]. در طول دهة اخير SPM و خصوصيات ميكروحاملها در موارد ديگري همچون آشكارسازي تغييرات درجه حرارت، تنش‌سطحي، جرم و خاصيت‌مغناطيسي مواد در اندازة نانوگرم استفاده شده است. سيگنالهاي چنين كميتهاي كوچكي، اغلب به كمك تكنيكهاي ماكروسكوپي قابل دسترسي نيست و به ابزارهاي تحليلي پيچيده‌اي نيازمند است. استفاده از تكنيكهاي حسگري ميكروحامل در مقايسه با ساير ابزارهاي تحليلي ماكروسكوپي در بسياري از آزمايشگاهها با صرفه و قابل ساخت است.
اصول "انتقال"
يك حامل تشكيل شده از ساندويچي از مواد با ضريب انبساط حرارتي متفاوت به صورت تابعي از درجة حرارت محيط خم ميشود (شكل 2- ب). اين اصل انتقال "دو فلزي"، تغييرات دما را تا 10-5K اندازه‌گيري ميكند [11]. چنين حسگر‌هايي براي اندازهگيريهاي فتوحرارتي با استفاده از نوعي جاذب نوري خاص[12-15] يا به عنوان يك ميكروكالريمتر براي بررسي تحول گرمايي در واكنشهاي شيميايي در لايه واكنشي كه در رأس حسگر جاي داده شده است، به كار گرفته مي‌شوند[11]. تغييرات انتالپي در حد 500 پيكوژول در سطوح بين فازي با فقط چند پيكوگرم ماده متصل به نوك حسگر به‌طور مطمئن قابل تجزيه و تحليل است[16,17].
ميكروحاملهاي دو فلزي مي‌توانند طيف فتوحرارتي فيلمهاي نازك[18] را با حساسيت 150 فمتوژول و تحليل زماني كمتر از ميلي ثانيه نشان دهند[17]. تخمينهاي تئوري نشان ميدهد كه اين حسگرها قادرند تغييرات گرمايي را با حساسيت آتوژول مشخص نمايند[11,19]. همچنين حاملها مي‌توانند با اندازه‌گيري خصوصيات ارتعاشي در مد نوساني به عنوان ترازوهاي دقيق (شكل2- ج) بكار روند. جرم اضافي كه به رأس يك حسگر حامل افزوده ميشود، ميزان فركانس تشديد آن را كاهش ميدهد(معادله 1). همچنين تغييرات ويسكوزيته يا چگالي محيط بر خصوصيات ارتعاشي حسگرها مؤثر است. در شكل (2-د) مبناي عمل ويسكومتر نشان داده شده كه توسط محققين زيادي[20-22] پيشنهاد شده است. هنگام عمل در مد نوساني نياز است بدانيم كه آيا در طول فرآيندهاي دفع و جذب سطحي، مواد جذب شده مي‌توانند خواص مكانيكي حامل را (به‌عنوان مثال سختي آن را) تغيير دهند يا نه.
شكل 2 ـ نماي شماتيك انواع مبدلهاي ممكن:
الف) حسگر نيرو به همراه تيرك براي AFM
ب) حسگر "دو فلزي" دما و حرارت
ج) حسگر بار جرمي
د) حسگر ويسكوالاستيسيته محيط
هـ) حسگر ترموگراويمتريك
و) حسگر تنش
http://www.nano.ir/images/paper/NanoBio-Link/3408.a4.gifجذب سطحي آب روي يك حامل با پوشش ژلاتين -برخلاف اثر افزايش جرم (معادله 1)- باعث افزايش فركانس تشديد مي‌گردد[23-25]. در صورتي كه لاية حسگر در انتهاي آزاد حامل متمركز شود، ميتوان اين رابطه معكوس بين تغييرات جرم و سختي را از رابطة اصلي تفكيك كرد (شكل 2- ج). در اين حالت تغيير در فركانس طنين دار ميتواند مستقيماً طبق فرمول زير به تغييرات در جرم مربوط شود:
http://www.nano.ir/images/paper/NanoBio-Link/3408.a5.gif ? (معادله 1)
كه K ثابت فنري حامل و f0 وf1 فركانس‌هاي تشديد قبل و بعد از جذب سطحي مي‌باشند.
با اين حال تنها با جذب سطحي در رأس تيرك، از جذب سطحي و به تبع آن حساسيت كاسته ميشود. با استفاده از ماده متخلخلي مثل زئوليت به عنوان يك "اسفنج حسگر" ميتوان حساسيت را بالا برد[26]. برگر و همكارانش[27] با استفاده از حامل پيزورزيستيو نوسانگر گرم شده در گاز هليم، آناليز ترموگراويمتريك را بررسي كردند (شكل 2- هـ) [28]. تخمينهاي تئوري مبتني بر حاملهايي كه از لحاظ اقتصادي در دسترس هستند، حداقل چگالي جرمي آشكارپذير ng/cm-2 67/0 را نشان ميدهد كه با حسگرهاي صوتي نظير نوسانگرهاي موج صوتي سطحي (SAW) و ميكروبالانس‌هاي كريستال كوارتز (QCM) قابل مقايسه مي‌باشد. با محاسبه مساحت فعال ساختار، حداقل جرم آشكار پذير مقدار 10-15g بدست مي‌آيد[29].
بيوحسگر چيست ؟
يك بيوحسگر را ـ مثل هر وسيله حسگري ديگر ـ ميتوان به سه جزء اصلي تقسيم كرد : آشكارسازي كه سيگنال مورد نظر را شناسايي ميكند، يك مبدل كه سيگنال را به يك خروجي مفيد (معمولاً يك سيگنال الكترونيكي) تبديل ميكند و يك سيستم خواندن [1] كه سيگنالهاي منتقل شده را فيلتر، تقويت، نمايش، ثبت يا انتقال ميدهد. يك بيوحسگر يك آشكارساز زيستي يا بيوشيميايي را به كار ميگيرد، كه ميتواند دامنهاي از پروتئينها و آنزيمهاي منفرد تا ميكروارگانيسمها و سلولهاي كامل داشته باشد.
بيوحسگرها را ميتوان براساس نوع آشكارساز (مثلاً ايمونوحسگرها يا حسگرهاي آنزيمي)، مبناي مبدل (مثلاً آمپرومتريك، پيزوالكتريك يا ميكرومكانيكي) و كاربرد (مثلاً حسگرهاي كلينيكي يا زيست محيطي) تقسيمبندي كرد.
در مورد بيوحسگرهاي حاملي، پديده مورد شناسايي از سطحي که با گيرنده پوشيده شده است، توسط حامل به يك پاسخ مكانيكي تبديل ميشود كه قابل آشكارسازي با روشهاي گوناگون است.
http://www.nano.ir/images/paper/NanoBio-Link/3408.a6.gifبيوحسگر چيست ؟ يك بيوحسگر را ـ مثل هر وسيله حسگري ديگر ـ ميتوان به سه جزء اصلي تقسيم كرد : آشكارسازي كه سيگنال مورد نظر را شناسايي ميكند، يك مبدل كه سيگنال را به يك خروجي مفيد (معمولاً يك سيگنال الكترونيكي) تبديل ميكند و يك سيستم خواندن كه سيگنالهاي منتقل شده را فيلتر، تقويت، نمايش، ثبت يا انتقال ميدهد. يك بيوحسگر يك آشكارساز زيستي يا بيوشيميايي را به كار ميگيرد، كه ميتواند دامنهاي از پروتئينها و آنزيمهاي منفرد تا ميكروارگانيسمها و سلولهاي كامل داشته باشد. بيوحسگرها را ميتوان براساس نوع آشكارساز (مثلاً ايمونوحسگرها يا حسگرهاي آنزيمي)، مبناي مبدل (مثلاً آمپرومتريك، پيزوالكتريك يا ميكرومكانيكي) و كاربرد (مثلاً حسگرهاي كلينيكي يا زيست محيطي) تقسيمبندي كرد. در مورد بيوحسگرهاي حاملي، پديده مورد شناسايي از سطحي که با گيرنده پوشيده شده است، توسط حامل به يك پاسخ مكانيكي تبديل ميشود كه قابل آشكارسازي با روشهاي گوناگون است.
متأسفانه وقتي حسگري در حال نوسان در مايعي كار ميكند، هم پيك تشديد و هم فاكتور كيفي آن (Q)، در اثر رطوبت کاهش مي‌يابد[30]. اين امر بر حسب ميزان تغييرحداقل جرم آشكار پذير، دقت حاصله را به‌طور قابل ملاحظه‌اي كاهش ميدهد. مهتا[31] و تامايو[32] روش‌هايي را براي بالا بردن فاكتور Q حاملها و به تبع آن قدرت تفكيك آنها در مايعات پيشنهاد كرده‌اند.
در مايعات (محيط طبيعي واكنشهاي بيوشيميايي) خمشي كه باعث فقط چند نانومتر "خم استاتيكي " شود، به سادگي قابل تشخيص است. بنابراين حاملها در اين وضعيت اغلب به عنوان حسگرهاي تنش سطحي عمل مي‌كنند (شكل 2- و). تنش سطحي يكنواخت روي مواد ايزوتروپ باعث افزايش (تنش فشاري) يا كاهش (تنش كششي) مساحت سطحي ميشود. در صورتي كه اين اثر با يك تنش معادل در وجه مخالف ميله يا ورق نازك جبران نشود، خمش دائمي در كل سازه ايجاد ميشود (شكل 3). چندين سال قبل، استوني[33] خمش متاثر از رسوب‌گذاري روي ميله‌ها را در محيط الكتروشيميايي اندازه گرفت و تغيير تنش سطحي ديفرانسيلي بين وجوه مخالف يك ميله نازك را به شعاع انحنا مربوط كرد. با اندازه‌گيري ميزان خم، اختلاف بين تنش‌هاي سطحي دو وجه، قابل محاسبه است. مي‌دانيم که جذب مولكولها به روي سطح منجر به تغيير تنش سطحي ميشود.
ايباخ تغيير تنش سطحي روي حاملهاي بلورين به واسطه جذب يك اتم منفرد را به طريق تجربي[37,38] و آناليز اجزاي محدود [39] مطالعه كرد. هنگام مواجهه با مولكولهاي پيچيده مثل پروتئينها، ممكن است چند منبع تنش ديگر نيز وجود داشته باشد. تعامل الكترواستاتيك بين مواد جذب سطحي شده مجاور، تغييرات در آب‌گريزي سطح و "چرخشهاي پياپي" مولكولهاي جذب شده، همگي مي‌توانند تنش‌هايي را القا كنند كه با هم جمع شده و منجر به تغييراتي شوند كه مستقيماً به انرژي پيوندي گيرنده-ليگاند يا نيروي گسيختگي آنها مربوط نيست. به عنوان مثال، وو [40] اخيراً مشاهده كرده است كه چگونه جذب سطحي تك رشتة مكمل DNA بر سطح حامل ميتواند بسته به قدرت يوني محلولي و بافري كه هيبريديزاسيون در آن رخ ميدهد، تنش كششي يا فشاري ايجاد كند. آنها اين رفتار را به تعامل بين دو نيرو محركه مخالف، مرتبط مي‌دانند: كاهش در آنتروپي چرخش پياپيDNA جذب سطحي شده، تنش فشاري را پس از هيبريديزاسيون كم ميكند، در حالي كه دافعه الكترواستاتيك بين‌مولكولي در DNA جذب شده، تنش را افزايش ميدهد.
تشخيص خمش حامل
چند روش تشخيص خم براي استفاده در AFM وجود دارند كه خمش ميكروحاملها را با دقت كمتر از آنگستروم اندازه‌گيري مي‌كنند. روشهاي نوري و الكتريكي كه در روشهاي مبتني بر بيوحسگر به كار مي‌روند نيز كاربرد دارند. متداول‌ترين روش AFM تكنيك «بازتاب پرتو» يا «اهرم نوري» است: نور مرئي از يك ديود ليزري با قدرت كم بر نوك آويزان حامل، كه به عنوان آينه عمل ميكند متمركز ميشود. حاملهاي AFM تجاري ممكن است براي افزايش قابليت انعكاس با لايه نازكي از طلا پوشش داده شوند. پرتو منعكس شده به يك موقعيت سنج يا به يك آشكار ساز نوري
شكل 3 ـ نماي جانبي از يك بازوي نازك با ضخامت t كه در معرض تغييرات تنش سطحي فشاري 1?? و2?? قرار ميگيرد. بازو حول يك صفحه خنثي با شعاع انحناي ثابت R خم ميشود.
http://www.nano.ir/images/paper/NanoBio-Link/3408.a7.gif
چندتكه برخورد ميكند (شكل4). هنگامي كه حامل خم ميشود نور ليزر منعكس شده، روي صفحه آشكارساز حركت ميكند، كه اين فاصله طي شده متناسب با ميزان خم شدن ميله است.
روش آشكارسازي ديگر براساس تداخل بين پرتو ليزر مبنا و پرتو انعكاس يافته از حامل است. روش تداخل سنجي به شدت حساس است و موجب اندازه‌گيري مستقيم و مطلق جابجايي ميشود، اما فقط براي خمهاي كوچك خوب عمل ميكند (خم تنها در يك طول موج تعريف ميشود) و نيازمندي فني خاصي دارد (نور بايد به نزديكي حامل آورده شود تا انعكاس حاصل شود). روگار [41]براي اين منظور، انتهاي شكاف‌دار يك فيبر نوري را در چند ميكروني انتهاي آزاد حامل قرار داده‌است.
http://www.nano.ir/images/paper/NanoBio-Link/3408.a8.gif
شكل 5 ـ الف) تصوير SEM يك آرايه شامل هشت ميكروحامل سيليكوني ساخته شده در گروه ميكرو و نانو مكانيك آزمايشگاههاي تحقيقاتي IBM در زوريخ. حاملها ?m1 ضخامت، ?m500 درازا، ?m100 پهنا، ?m250 فاصله با هم و N/M 02/0 ثابت فنري دارند.
ب) ميكروگراف نوري آرايه IBM از يك شبكه از مجراهاي ميكروسيالاتي با فاصله برابر?m250
در روش ديگر، از حاملهاي ميان رقومي به عنوان يك توري پراش نوري استفاده ميشود. نور ليزر منعكس شده يك الگوي پراش را تشكيل ميدهد كه شدت آن متناسب با خم حامل است. اين روش در [42,43]AFM، به عنوان حسگر فيزيكي در شتاب‌سنج‌ها[44] و براي تصوير برداري مادون قرمز[45] كاربرد داشته، به عنوان حسگر شيميايي[46] نيز پيشنهاد شده است.
حسگرهاي خازني، جابجايي را با تغيير ظرفيت صفحات خازن اندازه مي‌گيرند. بلانك[47] حسگرهاي خازني بسيار كوچكي را براي AFM گزارش كرده است كه حامل آن، يكي از صفحات خازن است. اين روش بسيار حساس است و ميتواند جابجايي دقيق را اندازه‌گيري كند اما براي اندازهگيريهاي بزرگ مناسب نيست و در محلولهاي الكتروليت به واسطه جريانهاي فارادي بين صفحات خازن، درست كار نمي‌كند؛ بنابراين كاربرد آن در بيوحسگرها محدود است.
در يك روش جالب‌تر، از حاملهاي پيزورزيستيو استفاده ميشود. هنگامي كه يك ماده پيزورزيستيو مثل سيليكون آلاييده تحت كرنش قرار ميگيرد، (ضريب) هدايت الكتريكي آن تغيير ميكند. بنابراين حسگرهاي پيزورزيستيو براي اندازه‌گيري تنش بسيار مناسب هستند. چنين حسگرهاي تنشي مي‌توانند با اندازه‌گيري مقاومت (توسط يك پل وتستون ساده) روي ساختمان حامل اضافه گردند[48,49]. پيشرفت‌هاي اخير امكان ساخت مقاومت‌هاي نازك و غيرفعال‌شده[50,51] را برروي حامل ميدهد،كه مي‌توانند با پرهيز از جريانهاي فارادي در محلولهاي الكتروليت به كار روند. براي جبران انباشتگي دمايي، يك آرايش متقارن در نظر گرفته ميشود تا سيگنال خروجي بيانگر اختلاف خم بين حاملهاي مبنا و حسگر باشد[50,51].
حاملهاي پيزورزيستيو در مقايسه با روشهاي استاندارد نوري، چند امتياز دارند: به هيچ نوع قطعه اپتيكي يا دستگاه ليزري نيازي ندارند؛ اجزاي الكترونيكي مخصوص "خواندن" اطلاعات مي‌توانند با فناوري CMOS روي تراشه واحدي جمع شوند؛ تغييرات خواص نوري محيط اطراف حامل (مثلاً تغيير در ضريب شكست هنگام تغيير دو محلول مختلف) تأثيري روي آنها ندارد؛ و در محلولهاي غيرشفاف نيز كار مي‌كنند.
حاملهاي پيزورزيستيو، همچنين مي‌توانند با افزايش شار جريان الكتريكي در لايه مقاومت، دماي سطح را نيز تغيير دهند. اين مسأله ميتواند ابزاري براي شكست پيوند حسگر_ليگاند و در نتيجه فعالسازي مجدد لايه حسگر در كاربردهاي بيوحسگري باشد.
ايجاد گروههاي عاملي روي سطح حامل
لايه حسگر رسوب‌دهي شده روي سطح حامل، بر انتخاب‌پذيري، تكرارپذيري و دقت حسگر، تأثيرمي‌گذارد. ممكن است لازم باشد يك لاية نازك (براي جلوگيري از تغيير خواص مكانيكي حامل)، يكنواخت (براي ايجاد تنش يكنواخت) و فشرده (براي جلوگيري از تعامل با سطح زيرين) از مولكولهاي گيرنده روي حامل كار گذاشته شود- كه بايد با لنگر شدن گيرنده‌ها به سطح با پيوندهاي كووالانسي، پايدار و قوي بوده و در عين حال آزادي كافي براي تعامل با ليگاند خود را داشته باشند.
اگر لازم باشد که چندين بار از حسگر استفاده شود، فعاليت آن بايد در طول زمان پايستار باشد و در برابر فعالسازي مجدد، لايه حسگر خود را حفظ كند. اكثر اين موارد براي ساير بيوحسگرها نيز لازم است. در واقع تكنيكهاي پوشش‌دهي پيشنهاد شده با اصول ساير مبدلها مشترك است. فلزات جديد اغلب يا به صورت زير لايه رسوب داده مي‌شوند تا لايههاي بعدي را بر روي خود نگاه دارند، و يا به صورت كاتاليست براي جذب گاز سطحي بكار مي‌روند. تبخير و پاشش اجازه كنترل دقيق ضخامت و توزيع لايه را ميدهد.
يك روش ساده متداول براي ايجاد تك لايههاي مرتب، استفاده از تك لايههاي خودآرا است؛ مانند مولكولهاي زنجيره‌آلكاني با گروههاي تيول بر روي طلا [53,54] يا سيلان‌ها روي زيرلايه سيليكون.[55,56] SAMs بطور آني تك لايه‌هايي يكنواخت، بشدت فشرده و محكم (با پيوند كووالانسي) شكل ميدهد، كه ميتواند از زنجيره‌هايي با طولهاي مختلف زنجيره‌اي و گروههاي انتهايي با خواص شيميايي ويژه سنتز شوند. بنابراين به عنوان اتصال دهنده‌هاي عرضي براي محكم كردن مولكولهاي چسبنده به زيرلايه، بسيار مناسبند.
براي تشكيل يك تك‌لايه تيول روي يك وجه حامل، بايد طلا به صورت بخار روي سطح نشانده شود و تمام حامل در محلول تيول يا در معرض بخار آن قرار گيرد. برگر[57] آشكارسازي تغييرات تنش سطحي را در طي تشكيل تك لايههاي "آلكان‌تيول" بر حاملهاي پوشش داده شده با طلا گزارش كرده است. شستشوي حامل، تيول‌هايي را كه بطور ناخواسته روي وجه مخالف حامل جذب شده‌اند، از بين مي‌برد. رايتري[58] روندي چند مرحله‌اي را ارائه داده است كه امكان ميدهد هر وجه با تك لايههاي تيول مختلف، پوشش داده شود.
روش ديگر براي اضافه كردن گروههاي عاملي خاص به يك سطح، اتصال (پيوندزني) پليمرهاي داراي يك ساختار مناسب است. براي بهبود رسوب‌گذاري پليمر روي سطح با تعداد مكانهاي فعال سطحي اندك، ميتوان از فرآورش پلاسما استفاده كرد[59]. بتس[60] لايههاي نازك (nm 150) از پليمرهاي مختلف را با پوشش‌دهي اسپيني رسوب داد. وي از آسياب پرتو يوني متمركز براي حذف پوشش‌هاي پليمري ناخواسته از وجه مخالف استفاده كرد.
منبع:http://www.nano.ir
در اين مقاله به تعريف اصول انتقال و سپس تعريف انواع بيوحسگرها پرداخته شده است. همچنين در اينجا به حامل هاي پيزورزيستوي اشاره شده است- در قسمتي از مقاله به خصوصيات كوچك سازي و توليد انبوره در مورد وسايل الكترونيكي و Icها اشاره شده است.
كارشناسان سيستمهاي ميكروالكترومكانيكي (MEMS) چگونه زيست‌شناسان مولكولي را در مطالعه هيبريديزاسيون DNA پشتيباني مي‌كنند؟ ابزارهاي مبتني بر حامل مثالي هستند از اين كه چگونه يك حسگر ساده را ميتوان با تكنيك ساخت ميكرومتري ايجاد كرد، تا كارايي حير‌ت‌آوري را بدست دهد. آزمايشهاي جالبي را بررسي مي‌كنيم كه از اصول انتقال مكانيكي متفاوتي براي كشف و آناليز كميتهاي كوچك مواد استفاده مي‌كنند. اصول اين آزمايشها به زيست شناسان اجازه مطالعه و بررسي بيوشيمي سطحي را در مقياس نانومتري ميدهد و فرصت‌هاي جالب و منحصر به‌فردي را براي پيشرفت در سيستمهاي آناليز مهندسي پزشكي و ميكروسكوپي به‌وجود مي‌آورد.
حسگرهاي حامل بر اصول ساده و مشهور انتقال استوار است و مورد علاقه بسياري از محققان مي‌باشد و به دليل تركيب تكنيكهاي "ساخت ميكرومتري سيليكوني" و بيوشيمي، ايجاد گروههاي عامل روي سطح به همراه پيشرفت روشهاي حسگري چندحاملي، فرصت‌هاي جديدي را براي حسگرهاي فيزيكي و بيوشيمي ايجاد ميكند.
حاملهاي ايجاد شده به روشهاي توليد ميكرومتري از زمانپيشرفت ميكروسكوپي نيروي اتمي (AFM) در سال 1986[1] بيشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند.AFM و تكنيكهاي ميكروسكوپي پروب پيمايشگر (SPM) باعث اندازه‌گيري مستقيم عكس‌العمل‌هاي ويژه بين سطوح در مقياس مولكولي مي‌شوند. AFM نيروهاي بسيار كوچك در نوك يك تيرك ميكروسكوپي كه در انتهاي ديگر روي يك پايه (حامل) ثابت شده است را اندازه‌گيري ميكند. حامل مانند يك مبدل نيرو بر اثر نيروي واقع در نوك ميله خم ميشود(شكل2- الف).
شكل 1) حاملهاي سيليكون، اكسيد سيليكون يا نيتريد سيليكون به صورت تجاري در اشكال، ابعاد و حساسيت به نيروي متفاوت وجود دارند. تصاويـر ميكروسكوپ الكتروني پيمايشگر (SEM) از ميكروحاملهاي سيليكوني به كار رفته به عنوان پروبهاي AFM با هندسه و اندازه‌هاي متفاوت:
الف) حامل مستطيلي تجاري به همراه تيرك (Nanosensors GmbH & Co)
ب ) حامل مثلثي تجاري (به منظور به حداقل رساندن خمش‌هاي پيچشي) به همراه تيرك
ارائه شده توسط ماناليس http://www.nano.ir/images/paper/NanoBio-Link/3408.a1.gifگسترش كاربرد SPM هم در آزمايشگاههاي تحقيقاتي و هم در صنعت، به سهولت كار، هزينه‌كم و تكرارپذيري اين پروبها مربوط ميشود. با كوچك سازي ساختار حاملها تا اندازة ميكروسكوپي ميتوان هم به ثابت فنر كوچك (يعني حساسيت بالا براي نيروها يا تنش‌هاي بكار رفته) و هم فركانس تشديد بالا براي زمان‌هاي پاسخ سريع و مصونيت بالا در برابر نويزهاي مكانيكي بيروني دست يافت.
http://www.nano.ir/images/paper/NanoBio-Link/3408.a2.gifكوچك سازي و توليد انبوه، با بهره‌گيري از مزاياي تكنيكهاي ميكرو ماشين‌كاري سيليكوني غيرپيوسته كه براي فرآيند مدارهاي يكپارچه (IC ) توسعه يافته است حاصل ميشود[2,3]. حاملهاي سيليكون، اكسيد سيليكون يا نيتريد سيليكون از لحاظ تجاري با اشكال، ابعاد و حساسيتهاي نيرويي مختلف در دسترس مي‌باشند (شكل1). اندازه‌گيري نيز در مبناي http://www.nano.ir/images/paper/NanoBio-Link/3408.a3.gif (در سطح جفتهاي بيومولكولي منفرد) امكان‌پذير است[4-10]. در طول دهة اخير SPM و خصوصيات ميكروحاملها در موارد ديگري همچون آشكارسازي تغييرات درجه حرارت، تنش‌سطحي، جرم و خاصيت‌مغناطيسي مواد در اندازة نانوگرم استفاده شده است. سيگنالهاي چنين كميتهاي كوچكي، اغلب به كمك تكنيكهاي ماكروسكوپي قابل دسترسي نيست و به ابزارهاي تحليلي پيچيده‌اي نيازمند است. استفاده از تكنيكهاي حسگري ميكروحامل در مقايسه با ساير ابزارهاي تحليلي ماكروسكوپي در بسياري از آزمايشگاهها با صرفه و قابل ساخت است.
اصول "انتقال"
يك حامل تشكيل شده از ساندويچي از مواد با ضريب انبساط حرارتي متفاوت به صورت تابعي از درجة حرارت محيط خم ميشود (شكل 2- ب). اين اصل انتقال "دو فلزي"، تغييرات دما را تا 10-5K اندازه‌گيري ميكند [11]. چنين حسگر‌هايي براي اندازهگيريهاي فتوحرارتي با استفاده از نوعي جاذب نوري خاص[12-15] يا به عنوان يك ميكروكالريمتر براي بررسي تحول گرمايي در واكنشهاي شيميايي در لايه واكنشي كه در رأس حسگر جاي داده شده است، به كار گرفته مي‌شوند[11]. تغييرات انتالپي در حد 500 پيكوژول در سطوح بين فازي با فقط چند پيكوگرم ماده متصل به نوك حسگر به‌طور مطمئن قابل تجزيه و تحليل است[16,17].
ميكروحاملهاي دو فلزي مي‌توانند طيف فتوحرارتي فيلمهاي نازك[18] را با حساسيت 150 فمتوژول و تحليل زماني كمتر از ميلي ثانيه نشان دهند[17]. تخمينهاي تئوري نشان ميدهد كه اين حسگرها قادرند تغييرات گرمايي را با حساسيت آتوژول مشخص نمايند[11,19]. همچنين حاملها مي‌توانند با اندازه‌گيري خصوصيات ارتعاشي در مد نوساني به عنوان ترازوهاي دقيق (شكل2- ج) بكار روند. جرم اضافي كه به رأس يك حسگر حامل افزوده ميشود، ميزان فركانس تشديد آن را كاهش ميدهد(معادله 1). همچنين تغييرات ويسكوزيته يا چگالي محيط بر خصوصيات ارتعاشي حسگرها مؤثر است. در شكل (2-د) مبناي عمل ويسكومتر نشان داده شده كه توسط محققين زيادي[20-22] پيشنهاد شده است. هنگام عمل در مد نوساني نياز است بدانيم كه آيا در طول فرآيندهاي دفع و جذب سطحي، مواد جذب شده مي‌توانند خواص مكانيكي حامل را (به‌عنوان مثال سختي آن را) تغيير دهند يا نه.
شكل 2 ـ نماي شماتيك انواع مبدلهاي ممكن:
الف) حسگر نيرو به همراه تيرك براي AFM
ب) حسگر "دو فلزي" دما و حرارت
ج) حسگر بار جرمي
د) حسگر ويسكوالاستيسيته محيط
هـ) حسگر ترموگراويمتريك
و) حسگر تنش
http://www.nano.ir/images/paper/NanoBio-Link/3408.a4.gifجذب سطحي آب روي يك حامل با پوشش ژلاتين -برخلاف اثر افزايش جرم (معادله 1)- باعث افزايش فركانس تشديد مي‌گردد[23-25]. در صورتي كه لاية حسگر در انتهاي آزاد حامل متمركز شود، ميتوان اين رابطه معكوس بين تغييرات جرم و سختي را از رابطة اصلي تفكيك كرد (شكل 2- ج). در اين حالت تغيير در فركانس طنين دار ميتواند مستقيماً طبق فرمول زير به تغييرات در جرم مربوط شود:
http://www.nano.ir/images/paper/NanoBio-Link/3408.a5.gif ? (معادله 1)
كه K ثابت فنري حامل و f0 وf1 فركانس‌هاي تشديد قبل و بعد از جذب سطحي مي‌باشند.
با اين حال تنها با جذب سطحي در رأس تيرك، از جذب سطحي و به تبع آن حساسيت كاسته ميشود. با استفاده از ماده متخلخلي مثل زئوليت به عنوان يك "اسفنج حسگر" ميتوان حساسيت را بالا برد[26]. برگر و همكارانش[27] با استفاده از حامل پيزورزيستيو نوسانگر گرم شده در گاز هليم، آناليز ترموگراويمتريك را بررسي كردند (شكل 2- هـ) [28]. تخمينهاي تئوري مبتني بر حاملهايي كه از لحاظ اقتصادي در دسترس هستند، حداقل چگالي جرمي آشكارپذير ng/cm-2 67/0 را نشان ميدهد كه با حسگرهاي صوتي نظير نوسانگرهاي موج صوتي سطحي (SAW) و ميكروبالانس‌هاي كريستال كوارتز (QCM) قابل مقايسه مي‌باشد. با محاسبه مساحت فعال ساختار، حداقل جرم آشكار پذير مقدار 10-15g بدست مي‌آيد[29].
بيوحسگر چيست ؟
يك بيوحسگر را ـ مثل هر وسيله حسگري ديگر ـ ميتوان به سه جزء اصلي تقسيم كرد : آشكارسازي كه سيگنال مورد نظر را شناسايي ميكند، يك مبدل كه سيگنال را به يك خروجي مفيد (معمولاً يك سيگنال الكترونيكي) تبديل ميكند و يك سيستم خواندن [1] كه سيگنالهاي منتقل شده را فيلتر، تقويت، نمايش، ثبت يا انتقال ميدهد. يك بيوحسگر يك آشكارساز زيستي يا بيوشيميايي را به كار ميگيرد، كه ميتواند دامنهاي از پروتئينها و آنزيمهاي منفرد تا ميكروارگانيسمها و سلولهاي كامل داشته باشد.
بيوحسگرها را ميتوان براساس نوع آشكارساز (مثلاً ايمونوحسگرها يا حسگرهاي آنزيمي)، مبناي مبدل (مثلاً آمپرومتريك، پيزوالكتريك يا ميكرومكانيكي) و كاربرد (مثلاً حسگرهاي كلينيكي يا زيست محيطي) تقسيمبندي كرد.
در مورد بيوحسگرهاي حاملي، پديده مورد شناسايي از سطحي که با گيرنده پوشيده شده است، توسط حامل به يك پاسخ مكانيكي تبديل ميشود كه قابل آشكارسازي با روشهاي گوناگون است.
http://www.nano.ir/images/paper/NanoBio-Link/3408.a6.gifبيوحسگر چيست ؟ يك بيوحسگر را ـ مثل هر وسيله حسگري ديگر ـ ميتوان به سه جزء اصلي تقسيم كرد : آشكارسازي كه سيگنال مورد نظر را شناسايي ميكند، يك مبدل كه سيگنال را به يك خروجي مفيد (معمولاً يك سيگنال الكترونيكي) تبديل ميكند و يك سيستم خواندن كه سيگنالهاي منتقل شده را فيلتر، تقويت، نمايش، ثبت يا انتقال ميدهد. يك بيوحسگر يك آشكارساز زيستي يا بيوشيميايي را به كار ميگيرد، كه ميتواند دامنهاي از پروتئينها و آنزيمهاي منفرد تا ميكروارگانيسمها و سلولهاي كامل داشته باشد. بيوحسگرها را ميتوان براساس نوع آشكارساز (مثلاً ايمونوحسگرها يا حسگرهاي آنزيمي)، مبناي مبدل (مثلاً آمپرومتريك، پيزوالكتريك يا ميكرومكانيكي) و كاربرد (مثلاً حسگرهاي كلينيكي يا زيست محيطي) تقسيمبندي كرد. در مورد بيوحسگرهاي حاملي، پديده مورد شناسايي از سطحي که با گيرنده پوشيده شده است، توسط حامل به يك پاسخ مكانيكي تبديل ميشود كه قابل آشكارسازي با روشهاي گوناگون است.
متأسفانه وقتي حسگري در حال نوسان در مايعي كار ميكند، هم پيك تشديد و هم فاكتور كيفي آن (Q)، در اثر رطوبت کاهش مي‌يابد[30]. اين امر بر حسب ميزان تغييرحداقل جرم آشكار پذير، دقت حاصله را به‌طور قابل ملاحظه‌اي كاهش ميدهد. مهتا[31] و تامايو[32] روش‌هايي را براي بالا بردن فاكتور Q حاملها و به تبع آن قدرت تفكيك آنها در مايعات پيشنهاد كرده‌اند.
در مايعات (محيط طبيعي واكنشهاي بيوشيميايي) خمشي كه باعث فقط چند نانومتر "خم استاتيكي " شود، به سادگي قابل تشخيص است. بنابراين حاملها در اين وضعيت اغلب به عنوان حسگرهاي تنش سطحي عمل مي‌كنند (شكل 2- و). تنش سطحي يكنواخت روي مواد ايزوتروپ باعث افزايش (تنش فشاري) يا كاهش (تنش كششي) مساحت سطحي ميشود. در صورتي كه اين اثر با يك تنش معادل در وجه مخالف ميله يا ورق نازك جبران نشود، خمش دائمي در كل سازه ايجاد ميشود (شكل 3). چندين سال قبل، استوني[33] خمش متاثر از رسوب‌گذاري روي ميله‌ها را در محيط الكتروشيميايي اندازه گرفت و تغيير تنش سطحي ديفرانسيلي بين وجوه مخالف يك ميله نازك را به شعاع انحنا مربوط كرد. با اندازه‌گيري ميزان خم، اختلاف بين تنش‌هاي سطحي دو وجه، قابل محاسبه است. مي‌دانيم که جذب مولكولها به روي سطح منجر به تغيير تنش سطحي ميشود.
ايباخ تغيير تنش سطحي روي حاملهاي بلورين به واسطه جذب يك اتم منفرد را به طريق تجربي[37,38] و آناليز اجزاي محدود [39] مطالعه كرد. هنگام مواجهه با مولكولهاي پيچيده مثل پروتئينها، ممكن است چند منبع تنش ديگر نيز وجود داشته باشد. تعامل الكترواستاتيك بين مواد جذب سطحي شده مجاور، تغييرات در آب‌گريزي سطح و "چرخشهاي پياپي" مولكولهاي جذب شده، همگي مي‌توانند تنش‌هايي را القا كنند كه با هم جمع شده و منجر به تغييراتي شوند كه مستقيماً به انرژي پيوندي گيرنده-ليگاند يا نيروي گسيختگي آنها مربوط نيست. به عنوان مثال، وو [40] اخيراً مشاهده كرده است كه چگونه جذب سطحي تك رشتة مكمل DNA بر سطح حامل ميتواند بسته به قدرت يوني محلولي و بافري كه هيبريديزاسيون در آن رخ ميدهد، تنش كششي يا فشاري ايجاد كند. آنها اين رفتار را به تعامل بين دو نيرو محركه مخالف، مرتبط مي‌دانند: كاهش در آنتروپي چرخش پياپيDNA جذب سطحي شده، تنش فشاري را پس از هيبريديزاسيون كم ميكند، در حالي كه دافعه الكترواستاتيك بين‌مولكولي در DNA جذب شده، تنش را افزايش ميدهد.
تشخيص خمش حامل
چند روش تشخيص خم براي استفاده در AFM وجود دارند كه خمش ميكروحاملها را با دقت كمتر از آنگستروم اندازه‌گيري مي‌كنند. روشهاي نوري و الكتريكي كه در روشهاي مبتني بر بيوحسگر به كار مي‌روند نيز كاربرد دارند. متداول‌ترين روش AFM تكنيك «بازتاب پرتو» يا «اهرم نوري» است: نور مرئي از يك ديود ليزري با قدرت كم بر نوك آويزان حامل، كه به عنوان آينه عمل ميكند متمركز ميشود. حاملهاي AFM تجاري ممكن است براي افزايش قابليت انعكاس با لايه نازكي از طلا پوشش داده شوند. پرتو منعكس شده به يك موقعيت سنج يا به يك آشكار ساز نوري
شكل 3 ـ نماي جانبي از يك بازوي نازك با ضخامت t كه در معرض تغييرات تنش سطحي فشاري 1?? و2?? قرار ميگيرد. بازو حول يك صفحه خنثي با شعاع انحناي ثابت R خم ميشود.
http://www.nano.ir/images/paper/NanoBio-Link/3408.a7.gif
چندتكه برخورد ميكند (شكل4). هنگامي كه حامل خم ميشود نور ليزر منعكس شده، روي صفحه آشكارساز حركت ميكند، كه اين فاصله طي شده متناسب با ميزان خم شدن ميله است.
روش آشكارسازي ديگر براساس تداخل بين پرتو ليزر مبنا و پرتو انعكاس يافته از حامل است. روش تداخل سنجي به شدت حساس است و موجب اندازه‌گيري مستقيم و مطلق جابجايي ميشود، اما فقط براي خمهاي كوچك خوب عمل ميكند (خم تنها در يك طول موج تعريف ميشود) و نيازمندي فني خاصي دارد (نور بايد به نزديكي حامل آورده شود تا انعكاس حاصل شود). روگار [41]براي اين منظور، انتهاي شكاف‌دار يك فيبر نوري را در چند ميكروني انتهاي آزاد حامل قرار داده‌است.
http://www.nano.ir/images/paper/NanoBio-Link/3408.a8.gif
شكل 5 ـ الف) تصوير SEM يك آرايه شامل هشت ميكروحامل سيليكوني ساخته شده در گروه ميكرو و نانو مكانيك آزمايشگاههاي تحقيقاتي IBM در زوريخ. حاملها ?m1 ضخامت، ?m500 درازا، ?m100 پهنا، ?m250 فاصله با هم و N/M 02/0 ثابت فنري دارند.
ب) ميكروگراف نوري آرايه IBM از يك شبكه از مجراهاي ميكروسيالاتي با فاصله برابر?m250
در روش ديگر، از حاملهاي ميان رقومي به عنوان يك توري پراش نوري استفاده ميشود. نور ليزر منعكس شده يك الگوي پراش را تشكيل ميدهد كه شدت آن متناسب با خم حامل است. اين روش در [42,43]AFM، به عنوان حسگر فيزيكي در شتاب‌سنج‌ها[44] و براي تصوير برداري مادون قرمز[45] كاربرد داشته، به عنوان حسگر شيميايي[46] نيز پيشنهاد شده است.
حسگرهاي خازني، جابجايي را با تغيير ظرفيت صفحات خازن اندازه مي‌گيرند. بلانك[47] حسگرهاي خازني بسيار كوچكي را براي AFM گزارش كرده است كه حامل آن، يكي از صفحات خازن است. اين روش بسيار حساس است و ميتواند جابجايي دقيق را اندازه‌گيري كند اما براي اندازهگيريهاي بزرگ مناسب نيست و در محلولهاي الكتروليت به واسطه جريانهاي فارادي بين صفحات خازن، درست كار نمي‌كند؛ بنابراين كاربرد آن در بيوحسگرها محدود است.
در يك روش جالب‌تر، از حاملهاي پيزورزيستيو استفاده ميشود. هنگامي كه يك ماده پيزورزيستيو مثل سيليكون آلاييده تحت كرنش قرار ميگيرد، (ضريب) هدايت الكتريكي آن تغيير ميكند. بنابراين حسگرهاي پيزورزيستيو براي اندازه‌گيري تنش بسيار مناسب هستند. چنين حسگرهاي تنشي مي‌توانند با اندازه‌گيري مقاومت (توسط يك پل وتستون ساده) روي ساختمان حامل اضافه گردند[48,49]. پيشرفت‌هاي اخير امكان ساخت مقاومت‌هاي نازك و غيرفعال‌شده[50,51] را برروي حامل ميدهد،كه مي‌توانند با پرهيز از جريانهاي فارادي در محلولهاي الكتروليت به كار روند. براي جبران انباشتگي دمايي، يك آرايش متقارن در نظر گرفته ميشود تا سيگنال خروجي بيانگر اختلاف خم بين حاملهاي مبنا و حسگر باشد[50,51].
حاملهاي پيزورزيستيو در مقايسه با روشهاي استاندارد نوري، چند امتياز دارند: به هيچ نوع قطعه اپتيكي يا دستگاه ليزري نيازي ندارند؛ اجزاي الكترونيكي مخصوص "خواندن" اطلاعات مي‌توانند با فناوري CMOS روي تراشه واحدي جمع شوند؛ تغييرات خواص نوري محيط اطراف حامل (مثلاً تغيير در ضريب شكست هنگام تغيير دو محلول مختلف) تأثيري روي آنها ندارد؛ و در محلولهاي غيرشفاف نيز كار مي‌كنند.
حاملهاي پيزورزيستيو، همچنين مي‌توانند با افزايش شار جريان الكتريكي در لايه مقاومت، دماي سطح را نيز تغيير دهند. اين مسأله ميتواند ابزاري براي شكست پيوند حسگر_ليگاند و در نتيجه فعالسازي مجدد لايه حسگر در كاربردهاي بيوحسگري باشد.
ايجاد گروههاي عاملي روي سطح حامل
لايه حسگر رسوب‌دهي شده روي سطح حامل، بر انتخاب‌پذيري، تكرارپذيري و دقت حسگر، تأثيرمي‌گذارد. ممكن است لازم باشد يك لاية نازك (براي جلوگيري از تغيير خواص مكانيكي حامل)، يكنواخت (براي ايجاد تنش يكنواخت) و فشرده (براي جلوگيري از تعامل با سطح زيرين) از مولكولهاي گيرنده روي حامل كار گذاشته شود- كه بايد با لنگر شدن گيرنده‌ها به سطح با پيوندهاي كووالانسي، پايدار و قوي بوده و در عين حال آزادي كافي براي تعامل با ليگاند خود را داشته باشند.
اگر لازم باشد که چندين بار از حسگر استفاده شود، فعاليت آن بايد در طول زمان پايستار باشد و در برابر فعالسازي مجدد، لايه حسگر خود را حفظ كند. اكثر اين موارد براي ساير بيوحسگرها نيز لازم است. در واقع تكنيكهاي پوشش‌دهي پيشنهاد شده با اصول ساير مبدلها مشترك است. فلزات جديد اغلب يا به صورت زير لايه رسوب داده مي‌شوند تا لايههاي بعدي را بر روي خود نگاه دارند، و يا به صورت كاتاليست براي جذب گاز سطحي بكار مي‌روند. تبخير و پاشش اجازه كنترل دقيق ضخامت و توزيع لايه را ميدهد.
يك روش ساده متداول براي ايجاد تك لايههاي مرتب، استفاده از تك لايههاي خودآرا است؛ مانند مولكولهاي زنجيره‌آلكاني با گروههاي تيول بر روي طلا [53,54] يا سيلان‌ها روي زيرلايه سيليكون.[55,56] SAMs بطور آني تك لايه‌هايي يكنواخت، بشدت فشرده و محكم (با پيوند كووالانسي) شكل ميدهد، كه ميتواند از زنجيره‌هايي با طولهاي مختلف زنجيره‌اي و گروههاي انتهايي با خواص شيميايي ويژه سنتز شوند. بنابراين به عنوان اتصال دهنده‌هاي عرضي براي محكم كردن مولكولهاي چسبنده به زيرلايه، بسيار مناسبند.
براي تشكيل يك تك‌لايه تيول روي يك وجه حامل، بايد طلا به صورت بخار روي سطح نشانده شود و تمام حامل در محلول تيول يا در معرض بخار آن قرار گيرد. برگر[57] آشكارسازي تغييرات تنش سطحي را در طي تشكيل تك لايههاي "آلكان‌تيول" بر حاملهاي پوشش داده شده با طلا گزارش كرده است. شستشوي حامل، تيول‌هايي را كه بطور ناخواسته روي وجه مخالف حامل جذب شده‌اند، از بين مي‌برد. رايتري[58] روندي چند مرحله‌اي را ارائه داده است كه امكان ميدهد هر وجه با تك لايههاي تيول مختلف، پوشش داده شود.
روش ديگر براي اضافه كردن گروههاي عاملي خاص به يك سطح، اتصال (پيوندزني) پليمرهاي داراي يك ساختار مناسب است. براي بهبود رسوب‌گذاري پليمر روي سطح با تعداد مكانهاي فعال سطحي اندك، ميتوان از فرآورش پلاسما استفاده كرد[59]. بتس[60] لايههاي نازك (nm 150) از پليمرهاي مختلف را با پوشش‌دهي اسپيني رسوب داد. وي از آسياب پرتو يوني متمركز براي حذف پوشش‌هاي پليمري ناخواسته از وجه مخالف استفاده كرد.
منبع:http://www.nano.ir