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研究生:陳昆宏
研究生(外文):Kun-Hung Chen
論文名稱:卵磷脂質多層分子膜的電穿孔電性研究
論文名稱(外文):Electrical studies on electroporation of lipid multi-layers
指導教授:郭華丞
指導教授(外文):Watson Kuo
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:物理學系所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:53
中文關鍵詞:電穿孔奈米洞奈米孔洞生物膜
外文關鍵詞:electroporationnanoporebiomembrane
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本實驗利用半導體製程在75nm氮化矽薄膜上製作單一奈米孔洞。將其放置於將自製夾具中,夾具的左右兩邊分為兩個槽,由薄膜孔洞來隔離。在兩端放入KCl溶液以及電極來量測通過孔洞的離子電流,藉由電導大小估計孔洞大小。

再進一步利用Langmuir-Blodgett方法,讓卵磷脂質分子膜平行排列在氮化矽薄膜的孔洞陣列上。透過量測發現,具有分子膜的孔洞會使電導降低,而在當較大偏壓下,電導會逐漸增加。此現象表示了分子膜阻擋了離子流,但在高偏壓下有電穿孔的行為。分子膜的導電模型,除了電阻還有電容效應。進一步量測改變DC偏壓下的不同頻率的AC電導,可以使我們瞭解控制分子膜開關的微觀機制與過程。
This thesis first describes a semiconductor fabrication process for making a single nanopore on 75nm-thick Si3N4 membranes. Then the measurement of ion transport through the single nanopore is introduced: The samples are clamped in a self-made holder for separating two reservoirs of KCl solution. The size of the nanopore can be estimated by measuring the conductance of the ion current using the electrodes in the reservoirs.

For the next experiment, the DPPC (dipalmitoylphosphatidylcholine) lipid multi-layers are deposited on the Si3N4 membrane with nanopore arrays using Langmuir-Blodgett method. The ion conductance is found decreasing after the lipid layers are deposited, indicating the ion-current blockade by the lipid layers. Furthermore, the ion conductance through the lipid membrane is found decreasing as the DC bias increases, inferring the electroporation behavior of the lipid layers at high bias voltages. The electrical conduction of the lipid layers covering a nanopore can be analyzed using the model of a resistance-capacitance(RC) circuit and the capacitance can be obtained by applying an AC (alternating current) impedance measurement. From the measurement the AC conductance at difference frequencies can be obtained when DC bias voltage is increased. These conductance data should provide us understanding for the mechanism of lipid multi-layer electroporation in a microscopic point of view.
目錄
誌 謝 III
摘要 IV
Abstract V
目錄 VI
圖目錄 VIII
表目錄 X

第一章 簡介 1
1 文獻回顧 1
2 研究動機 5
第二章 製程 6
1 簡介製程流程 6
2 奈米孔洞製程過程 7
2.1 正面金屬電極製作 7
2.1.1 晶圓清洗上光阻 7
2.1.2 黃光機台曝光 8
2.1.3 顯影、蒸鍍、與舉離 10
2.2 背面Window製作 12
2.3 使用濕式蝕刻KOH 15
2.4 奈米洞製程 17
2.4.1 清潔樣品上PMMA光阻 17
2.4.2 電子束曝光-E-beam lithography 18
2.4.3 顯影、RIE乾式蝕刻 20
3 Langmuir-Blodgett分子膜樣品製作 21
第三章 量測裝置以及量測數據 24
1 儀器裝置-樣品夾具 24
1.1 裝置一 24
1.2 裝置二 25
1.3 裝置三 27
2 薄膜離子電流量測 29
2.1 溶液導電度量測 31
2.2 破膜孔洞量測 32
2.3 單一孔洞的離子流量測 35
2.4 多孔洞陣列的離子流量測 38
3 覆蓋分子膜孔洞陣列的量測 39
3.1 分子膜的電性量測 39
3.1.1 分子膜模型 39
3.1.2 孔洞上分子膜 40
3.1.3 分子膜膜孔電阻隨偏壓變化 41
3.2 拉膜的比較與分析 42
3.2.1 拉膜後DC電阻對偏壓的不同頻率比較 42
3.2.2 拉膜的AC電導變化 43
第四章 結論 50
參考資料 51


圖目錄
第一章 簡介
圖1.1 gramicidin分子結構圖 1
圖1.2 DNA通過一個奈米孔洞運作的行為 1
圖1.3 電穿孔示意圖 3
圖1.4 倉鼠卵巢細胞使用電穿孔將螢光基因送入細胞體內 4
圖1.5 patch clamp 示意圖 4

第二章 製程
圖2.1 製程流程圖 6
圖2.2 (a)將wafer放上旋鋪機台調整轉速及秒數(b)放上烤盤烤乾光阻 7
圖2.3 放置wafer到黃光機台的順序步驟 8
圖2.4 Contact mode 示意圖 9
圖2.5 黃光四吋大片照片蒸鍍完正面16電極圖 10
圖2.6 AutoCAD背面windows設計 12
圖2.7 KOH對矽晶圓不同晶面有不同蝕刻速率 12
圖2.8 使用IR做黃光雙面對準 13
圖2.9 透過IR的正面圖形跟背面window的光罩圖形的對準 13
圖2.10 晶片在濕式蝕刻使用的夾具 15
圖2.11 KOH蝕刻薄膜 (a)薄膜正面(b)薄膜背面 15
圖2.12 中研院製作完成膜片 16
圖2.13 大片晶元泡入KOH裝置圖 16
圖2.14 旋鋪PMMA光阻 (a)調整轉速及秒數(b)放上烤乾光阻時間及溫度 17
圖2.15 E-beam測試劑量濺鍍後的SEM圖 19
圖2.16 (a)LB槽與拉膜裝置(b)卵磷脂質分子DPPC 21
圖2.17 表面壓–每分子佔據面積等溫線 22
圖2.18 (a)拉分子膜示意圖(b)孔洞鋪上多層分子排列情況 22
圖2.19 K02-7樣品在薄膜上點陣列劑量分佈 23

第三章 量測裝置以及量測數據
圖3.1 (a)夾具裝置一實圖。(b)使用電化學電極示意圖。(c)IV量測電路圖 25
圖3.2 (a)裝置二之一實圖。(b)使用5mm的O-ring。(c) IV量測電線路圖 25
圖3.3 (a)裝置二之二實圖。(b)裝置二之三實圖 26
圖3.4 裝置二之三量測線路以及晶片放置示意圖 26
圖3.5 裝置二之三有效的滴入KCl液體的方式 27
圖3.6 (a)(b)裝置三的實際圖形(c)夾具外加液體壓力示意圖(d)IV量測示意圖 28
圖3.7 第一種量測線路示意圖 29
圖3.8 第二種量測線路圖 30
圖3.9 玻璃電極跟排插電極對不同濃度的溶液導電度 31
圖3.10 (a)破膜實圖 (b)破膜理論模型 32
圖3.11 (a)破膜對不同濃度的IV圖(b)電阻對不同濃度用不同方式得三條曲線 34
圖3.12 四點量測的IV曲線 35
圖3.13 使用三點偏壓量測,以 除以 可得到的一平均電阻值 36
圖3.14 頻率對不同濃度量測鎖相放大器的實部虛部圖 38
圖3.15 分子膜模型示意圖 39
圖3.16 上分子膜前後的IV的比較 40
圖3.17 (a)K06-4樣品,(b)K06-3樣品量電阻變化對外加偏壓 41
圖3.18 拉膜後DC電阻對DC偏壓的不同頻率比較 42
圖3.19 (a)AC量測電導實部 (b)中間區域放大 44
圖3.20 (a)AC量測電導虛部 (b)中間區域放大 45
圖3.21 增加了20Hz和50Hz(a)AC量測電導實部(b)中間區域放大 47
圖3.22 增加了20Hz和50Hz(a)AC量測電導虛部(b)中間區域放大 49
(c)將 1Hz、 10Hz-0、10Hz-1的部分再放大。 49


表目錄
第二章 製程
表2.1 正面16接腳電極製作參數表 11
表2.2 背面window的RIE製程參數 14
表2.3 薄膜上奈米孔洞製程參數表 20
表2.4 使用樣品列表 23

第三章 量測裝置以及量測數據
表3.1 KCL在不同濃度跟不同溫度下的電導率單位S/cm 33
表3.2 三點偏壓量測的電阻值 37
表3.3 K02-7多孔膜片對不同濃度的電阻值(兩次量測到的結果) 38
表3.4 不同頻率實部跟虛部的比較 43
表3.5 加了20Hz和50Hz不同頻率實部跟虛部的比較 46
參考資料
1.http://nanopore.bme.ucsc.edu/html/about.html

2.http://en.wikipedia.org/wiki/Gramicidin

3.Vercoutere, W., S. Winters-Hilt, H. Olsen, D. Deamer. D. Haussler and M. Akeson Nat. Biotechnol. 19, 248 (2001)

4.Bezrukov, S. M.; Brutyan, R. A.; Vodyanoy, I.: Biophysical Journal 66 , A214 (1994)

5.Kasianowicz, J., E. Brandin, D. Branton and D.W. Deamer, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 13770 (1996)

6.Akeson, M., D. Branton, J.J. Kasianowicz, E. Brandin, and D.W. Deamer, Biophys. J. 77, 3227 (1999)

7.Meller, A., L. Nivon, and D. Branton, Phys. Rev. Lett. 86,3435 (2001)

8.Li, J. D. Stein, C. McMullan, D. Branton, M. J. Aziz, and J. A. Golovchenko, . Nature 412, 166 (2001)

9.K. S. Ralls and R. A. Buhrman and R. C. Tiberio, Appl. Phys. Lett. 55,2459 (1989)

10.Meng-Yue Wu, Diego Krapf, Mathijs Zandbergen, and Henny Zandbergena, Philip E. Batson, Appl. Phys. Lett. 87, 113106 (2005)

11.F. Pérez- Willard, J. C. Cuevas, C. Sürgers, P. Pfundstein, J. Kopu, M. Eschrig, and H. v. Löhneysen Phys. Rev. B 69, 140502(R) (2004)

12.J. R. Petta,* S. K. Slater, and D. C. Ralph, Phy. Rev. Lett.93,136001(2004)

13.O. Ozatay, P. Chalsani, N. C. Emley, I. N. Krivorotov, and R. A. Buhrman, J. Appl. Phys. 95, 7315 (2004)


14.Ralph M. M. Smeets, Ulrich F. Keyser, Diego Krapf, Meng-Yue Wu, Nynke H. Dekker, and Cees Dekker, Nano Letters 6 (1): 89-95 Jan (2006)

15.Heng, J. B.; Ho, C.; Kim, T.; Timp, R.; Aksimentiev, A.; Grinkova,Y. V.; Sligar, S.; Schulten, K.; Timp, G. Biophys. J., 87, 2905 (2004)

16.Daniel Fologea, Marc Gershow, Bradley Ledden, David S. McNabb, Jene A. Golovchenko, Jiali Li, Nano Letters 5 (10), (2005)

17.Ulrich F. Keyser, Bernard N. Koeleman, Stljn Van Dorp, Diego Krapf, Ralph M. M. Smeets, Serge G. Lemay, Nynke H. Dekker AND Cees Dekker, Nature Physics 2, 473 (2006)

18.E. B. Myersa) and D. C. Ralph, J. A. Katine, F. J. Albert, and R. A. Buhrman, Journal of Applied Physics, 87,9 (2000)

19.Arnold J. Storm, Cornelis Storm, Jianghua Chen, Henny Zandbergen, Jean-Francüois Joanny, and Cees Dekker, Nano Lett., Vol. 5, No7,1993 (2005)

20.Wenyong Wanga_ and Curt A. Richterb, Applied Physics Letters 89,153105 (2006)

21.W. M. Zhang, Y. G. Wang,a_ J. Li, and J. M. Xue, H. Ji and Q. Ouyang, J. Xu, Y. Zhang, Appl. Phys. Lett.90,163102 (2007)

22.Anpan Han, Gregor Schürmann, Giampietro Mondin, Roland Andreas Bitterli, Nicole G. Hegelbach, Nico F. de Rooij, and Urs Staufer, Appl. Phys. Lett. 88, 093901 (2006)

23.G.A. Hofmann and G.A. Evans, IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine, 12, 6-25, (1986.)

24.R.D. Jamieson, M.P. Bodger and P.S. Bodger, Science, 136, 41-44, (1989)

25.R.A. Meldrum, M. Bowl, S.B. Ong and S. Richardson, Biochemical and Biophysical Research Communications, 256, 235-239, (1999)


26.H. Lambert, R. Pankov, J. Gauthier and R. Hancock, Biochemistry and Cell Biology, 68, 729-734, (1990)

27.Hsiang-Yu Wang,, Chang Lu, Biotechnology and Bioengineering, Vol. 100, No. 3, June 15, (2008)

28.http:// rubyurl.com/9aZm

29.陳柏穎,矽晶元非等向性濕式蝕刻特性研究,國立中山大學機械與機電工程研究所(九十二年六月)

30.王長志,微流道之被動閥組製程分析。中國機械工程學會第二十一屆全國學術研討會論文集。民93年11月26日。

31.劉兆益,微流體晶片結合網版印刷電極之製作與應用。國立中興大學化學系所碩士論文。民95年7月。

32.http:// 202.194.4.220:8080/wulihx/data/t13.html

33.歐陽恩仕,球磨與鈦之添加對LiMn2O4導電及電化學機構之探討。國立成功大學資源工程研究所碩士論文。民96年7月。
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