Preparation of nanostructured field effect transistors in the analysis of neurochemical processes

Orientador: Lauro Tatsuo KubotaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: Transistores de efeito de campo (FETs) modificados com nanoeletrodos de Au representam uma excelente ferramenta para o estudo eletrofisiológico de células, uma vez que as características da dimensionalidade destes últimos são comparáveis às espécies celulares a serem detectadas e medidas múltiplas podem ser realizadas simultaneamente. Neste trabalho, foram fabricados transistores de efeito de campo com três diferentes tipos de superfície em suas regiões de porta, transistores com somente SiO2, SiO2 e Al2O3 anódica porosa, e ainda SiO2-Al2O3 contendo nanopartículas de Au dentro de seus poros. Os transistores foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura assim como por medidas elétricas convencionais. Estas últimas demonstraram que os processos de anodização e deposição de nanopartículas em sua superfície não comprometem as suas propriedades elétricas. Os transistores com portas nanoporosas foram modificados com torisinase e empregados como biossensores para a detecção de dopamina. Os resultados demonstraram que estes FETs podem detectar dopamina num alcance de concentração normalmente encontrado durante a liberação destas moléculas por células neurais. Transistores com nanopartículas de Au foram empregados na detecção de serotonina utilizando-se uma metodologia de interação eletrostática através de monocamadas auto-organizadas, o que é ainda pouco explorado com FETs. Esta permitiu a detecção de serotonina num alcance linear de 0,1 a 2 µmol L. Experimentos envolvendo a adesão celular e a detecção de prótons liberados por vesículas de células PC12 foram conduzidos, e demonstraram que os processos interfaciais entre as células e os transistores apresentam um dependência das propriedades capacitivas da superfície, e que a presença das nanopartículas pode aumentar a sensibilidade elétrica da porta dos transistores. Estes efeitos interfaciais influenciaram diretamente na razão sinal-ruído da leitura de sinais de exocitose e sugerem que o uso de transistores nanoestruturados representa uma ferramenta promissora para análise deste tipo de célula in vitroAbstract: Field effect transistors modified with Au nanoparticles represent an excellent tool to electrophysiology analyzes. Because the dimensions of the devices are comparable to the size of the cells, multiple measurements can be performed simultaneously. In this work, field effect transistors were fabricated with three different kinds of surface in their gates, i.e. transistor with only SiO2, SiO2 and porous anodic Al2O3, and SiO2-Al2O3 with Au nanoparticles embedded into the pores of Al2O3. The characterization of the transistors was performed by electron microscopy analysis and conventional electrical characterization. The last one showed that the anodization process and the Au nanoparticles deposition on surface of the transistors did not affect the electrical properties of the devices. The transistors presenting gates with only SiO2-Al2O3 were modified with tyrosinase and employed as biosensors to detect dopamine. The results of these analysis showed that the devices can detect dopamine in a range of concentration usually found when these molecules are released from neuronal cells. Transistors with Au nanoparticles were also applied as biosensors to detect serotonin. In doing so, the surface of the nanoparticles were modified with self-assembled monolayers that were able to interact with serotonin through electrostatic interactions. Although this approach is scarcely exploited with transistors, it showed promising results. For instance, serotonin could be detect in a linear range of concentration from 0,1 to 2 µmol L. Experiments to analyze the cell adhesion on transistors and detect the release of protons from the extruded matrix of vesicles from PC12 cells were performed and demonstrated that the interfacial processes between cells and transistors were dependent on the capacitive properties of the surface. The presence of nanoparticles can enhance the electrical sensitivity of the gates from the devices. These interfacial effects presented a relationship with the signal to noise ratio of the exocytotic signals measured for vesicles release and suggested that the employment of nanostructurated transistors are promising tools to analyze these events from PC12 cells in vitroDoutoradoQuimica AnaliticaDoutor em Ciência