Program Operational Sectorial "Cresterea Competitivitatii Economice"
"Investitii in viitorul dumneavoastra"

■ REZULTATE ETAPA a 10-a

1. Elaborarea tehnologiilor de fabricaţie a platformelor microfluidice

Activitatea 1.D. Tehnologie de realizare a canalelor microfluidice prin metoda straturilor de sacrificiu –Tehnologie de laborator pentru fabricarea microcanalelor prin tehnica straturilor de sacrificiu

Subactivitatea 1.D.1. Dezvoltarea tehnologiilor bazate pe siliciu amorf ca strat de sacrificiu [...]

Activitatea 1.D.2. Dezvoltarea tehnologiilor bazate pe oxid de siliciu ca strat de sacrificiu [...]

2. Testare experimentală – Raport ştiinţific experimentări [...]

Activitatea 4.A. Elaborare set-up experimental: metode obţinere şi încapsulare a nanostructurilor PEI în containere lipidice (liposomi)

2.1.1. Încapsularea nanostructurilor PEI / acizilor nucleici in containere lipidice (lipozomi)

2.1.2. Caracterizare prin spectrometrie FTIR si microscopie de baleiaj electronic a magnetolipozomilor functionalizati [...]

2.1.3.  Caracterizare prin microscopie de baleiaj electronic si difractie de raze X a probelor de oxid de fier nanostructurate functionalizate [...]

2.2. Activitatea 4.B. Elaborare set-up experimental: metode obţinere şi încapsulare a acizilor nucleici in containere lipidice (liposomi) [...]

2.2.1. Caracterizare prin fluorescenta a Fe2O3-PEI-AuAu functionalizate cu secvente de ADN [...]

****************************************************

1. Elaborarea tehnologiilor de fabricaţie a platformelor microfluidice

Activitatea 1.D. Tehnologie de realizare a canalelor microfluidice prin metoda straturilor de sacrificiu –Tehnologie de laborator pentru fabricarea microcanalelor prin tehnica straturilor de sacrificiu şi Nota tehnica

Subactivitatea 1.D.1. Dezvoltarea tehnologiilor bazate pe siliciu amorf ca strat de sacrificiu

Aceasta activitate, începută în faza anterioara (raportul ştiinţific nr.9), continuă cu aplicaţii ale tehnologiilor dezvoltate în vederea realizării dispozitivelor  microfluidice pentru focusare hidrodinamică. Astfel, a fost proiectat, realizat şi caracterizat din punct de vedere hidrodinamic un sistem simplu de canale microfluidice.

Proiectarea şi relizarea maştilor fotolitografice

Figura 1. Măştile fotolitografice proiectate în LEDIT

Figura 4. Paşii principali în procesul de fabricare a plachetei de siliciu: (a) creşterea oxidului termic; (b) etalarea fotorezistului pe faţa plachetei şi realizarea primului process Deep RIE; (c) etalarea fotorezistului pe spatele plachetei şi realizarea celui de-al doilea proces de Deep RIE; (d) indepărtarea măştilor de de fotorezist şi oxid; (f) Imagine SEM a microbifurcaţtiei realizate.

Figura 5. Tăierea plachetelor de siliciu şi sticla pentru realizarea lipirii anodice pentru fiecare cip individual.

Plachetele de siliciu si cele de sticla au fost taiate în cipuri individuale cu ajutorul maşinii de trasare plachete de 4 inch, cu discuri diamantate cu grosimea de 25 μm  şi 40 μm, până la o adâncime maximă de 500 μm. (ЭM225-Rusia).

Apoi a fost realizat procesul de sudură anodică pentru lipirea plachetei de siliciu cu o plachetă de sticlă – sudura apare datorită electrizarii prin influenta a stratului de oxid termic de la interfață (Figura 6). Secțiunea microfluidiă de interes trebuie să fie proiectată cu cel puțin un perete transparent, astfel încât curgerile microfluidice să poată fi vizualizate cu ajutorul obiectivelor unui microscop inversat.
Pasul urmator este lipirea porturilor microfluidice.

Fenomenul observat se referă la modul în care profilurile de viteză dezvoltă un profil asimetric odată cu creşterea debitului de curgere. Acestă manifestare apare datorită amplificării efectelor inerțiale cauzate de deviația de 60o a microcanalului înainte de bifurcația Y.  Datorită acestei deviații şi odată cu creşterea debitului apare un alt tip de curgere secundară, vârtejuri Dean care se manifestă în coturi şi canale curbe, cu impact direct asupra profilurilor de viteză.

Figura 9. Reprezentări Micro-PIV asupra profilurilor de viteză obținute în planul median al microgeometriei (regimurile de curgere ccorespund pentru 21 < Re < 281).

Figura 10. Predicții numerice asupra curgerii fluidului cu o evidențiere a caracterului 3D a curgerii. Manifestări ale curgerilor secundare: (a) vârtejuri de tip Deen (reprezentări ale componentei Vz; De = 234) şi (c) vârtej spirală care comunică în curgerea principală din ramura închisă Re = 21; (d) – (e) Comparații ale distribuțiilor profilurilor de viteză obținute experimental (simboluri deschise – măsurători Micro-PIV) cu simulări numerice (linii continue) obținute pentru apă deionizată la diferite regimuri de curgere (20 < Re < 320).

Figura 11. Măsurători experimentale obținute cu ajutorul sistemului Micro-PIV. Fluidul de lucru este apă deionizată iar regimul de curgere de Re = 18,5. Primul profil de viteze este obținut pentru cele două ramuri de curgere, iar al doilea pe zona de ieşire din bifurcație.

Figura 12. Măsurători experimentale obținute cu ajutorul sistemului Micro-PIV. Fluidul de lucru este apă deionizată iar regimul de curgere de Re = 37,1. Primul profil de viteze este obținut pentru cele două ramuri de curgere, iar al doilea pe zona de ieşire din bifurcație.

Figura 13. Măsurători experimentale obținute cu ajutorul sistemului Micro-PIV. Fluidul de lucru este apă deionizată iar regimul de curgere de Re = 55,6. Primul profil de viteze este obținut pentru cele două ramuri de curgere, iar al doilea pe zona de ieşire din bifurcație.

Figura 14. Măsurători experimentale obținute cu ajutorul sistemului Micro-PIV. Fluidul de lucru este apă deionizată iar regimul de curgere de Re = 74,2. Primul profil de viteze este obținut pentru cele două ramuri de curgere, iar al doilea pe zona de ieşire din bifurcație.

Figura 15. Măsurători experimentale obținute cu ajutorul sistemului Micro-PIV. Fluidul de lucru este apă deionizată iar regimul de curgere de Re = 92,75. Primul profil de viteze este obținut pentru cele două ramuri de curgere, iar al doilea pe zona de ieşire din bifurcație.

Figura 16. Măsurători experimentale obținute cu ajutorul sistemului Micro-PIV. Fluidul de lucru este apă deionizată iar regimul de curgere de Re = 120,57. Primul profil de viteze este obținut pentru cele două ramuri de curgere, iar al doilea pe zona de ieşire din bifurcație.

Activitatea 1.D.2. Dezvoltarea tehnologiilor bazate pe oxid de siliciu ca strat de sacrificiu [top]

Pentru dezvoltarea tehnologiilor de microfabricaţie prin folosirea straturilor de sacrificiu s-au realizat experimente de depunere şi corodare pe straturi de oxid de siliciu. S-au realizat depuneri de straturi subţiri la temperaturi înalte în cuptoare termice sau la temperaturi joase într-un echipament de depunere chimică din stare de vapori (CVD). Pentru testarea oxidul de siliciu depus prin CVD, s-au efectuat depuneri în sistemul PECVD prin combinarea unui precursor gazos pentru siliciu (silan sau diclorsilan) cu un precursor pentru oxigen (oxigen su oxid azotic) la presiune mică (de ordinul torrilor). Oxidul de siliciu mai poate fi depus în PECVD din sursă de tetraetoxisilan (TEOS, precursor lichid) vaporizat în plasmă de oxigen. Depunerea chimică din stare de vapori augmentată de plasmă (PECVD) este un proces folosit pentru depunerea straturilor subţiri din stare gazoasă. Pentru formarea straturilor depuse sunt necesare reacţii chimice favorizate de ionizarea gazelor reactive aflate în incinta de depunere. Acest proces este larg folosit în industria semiconductoare pentru depuneri conformale şi pentru pasivarea straturilor metalice sau a altor structuri sensibile la temperatură.

În facilităţile de microprelucrare existente în IMT-Bucureşti, avem posibilitatea de a depune oxid de siliciu în PECVD atât din sursă de silan cât şi din sursă de TEOS.

Sistemul de depunere LPX CVD cu LDS este produs de SPTS şi este dotat cu braţe de încărcare pentru plachete de 3”, 4” şi 6”. Cioburi de plachete sau plachete mai mici pot fi procesate dacă sunt încărcate pe plachete suport de dimensiuni corespunzătoare. Echipamentul procesează plachetă cu placheză şi poate oferi posibilitatea de depunere la frecvenţă joasă (380kHz; putere maximă 1000W), frecvenţă înaltă (13.56MHz; putere maximă 600W) sau frecvenţă mixtă prin alternarea generatoarelor de radio-frecvenţă.

Pentru caracterizarea morfologiei suprafeţelor s-au făcut analize AFM şi SEM. Pentru măsurătorile AFM s-a folosit echipamentul Ntegra Aura (NT-MDT), operat în modul semicontact. Imaginile SEM au fost înregistrate cu Microscoapele cu baleiaj electronic Tescan VEGA II LMU şi FEI Nova NanoSEM 630.

Rezultate şi discuţii
1. Viteza de depunere

Viteza de creştere a oxidului termic este un parametru bine controlat de tehnicianul responsabil, periodic facându-se măsurători pentru recalibrarea parametrilor de creştere. Un aspect important de reţinut înainte de a face o oxidare termică a siliciului este timpul necesar pentru a creşte o anumită grosime de oxid. Timpul creşte exponenţial cu creşterea grosimii solicitate.

Sistemul PEVD folosit permite depunerea de oxid de siliciu în mai multe moduri: din sursă gazoasă de silan la frecvenţă înaltă sau frecvenţă joasă şi din sursă lichidă de TEOS.

1. Oxid depus din sursă de TEOS

Pentru depunerea oxidului de siliciu din sursă de TEOS s-a folosit o reţetă standard de depunere. Experimentele de depunere au arătat că rata de depunere este destul de liniară în funcţie de grosimea depusă, având valoare de aproximativ 258 nm/min. Constatăm o scădere a vitezei de depunere după depunerea unui oxid cu grosimea de 5 μm. Acest fapt se datorează stratului gros de oxid izolator depus atât pe plachetă cât şi pe restul electrodului inferior. Acest strat de oxid interferează cu câmpul electric generat pentru întreţinerea plasmei şi scade substanţial rata de depunere.

În comparaţie cu oxidul crescut termic, oxidul depus din sursă de TEOS are o viteză de depunere mult mai mare, timpul necesar scurtându-se de la câteva ore la câteva zeci de minute. În plus, se pot face depuneri mult mai groase, permiţând fabricarea unor straturi de sacrificiu mai mari. În experimentele de faţă, grosimea maximă obţinută a fost de aproximativ 5μm, dar se pot depune grosimi şi mai mari prin depuneri succesive de câte 5 μm, cu procese de curăţare intermediare. Din acest punct de vedere oxidul depus din sursă de TEOS este net superior oxidului crescut termic.

1. Oxid depus din sursă de silan la frecvenţă joasă (SiH₄ - LF)

Pentru depunerea oxidului de siliciu din sursă de silan s-a folosit o reţetă standard de depunere.
Experimentele de depunere au arătat că rata de depunere este liniară în funcţie de grosimea depusă, având valoare de aproximativ 90 nm/min.

Oxidul depus din sursă de silan la frecvenţă joasă are viteza de depunere mult mai mare decât oxidul crescut termic, dar mult redusă fată de oxidul depus din sursă de TEOS. Deşi are rata de depunere scăzută, acest oxid are o uniformitate mult mai bună, oferind un substrat de calitate pentru procesele ulterioare.

1. Oxid depus din sursă de silan la frecvenţă înaltă (SiH₄ - HF)

Pentru depunerea oxidului de siliciu din sursă de silan s-a folosit o reţetă standard de depunere.
Experimentele de depunere au arătat că rata de depunere este liniară în funcţie de grosimea depusă, având valoare de aproximativ 59 nm/min.

Oxidul depus din sursă de silan la frecvenţă înaltă are cea mai mică viteză de depunere, în comparaţie cu ceilalţi oxizi depuşi.

2. Viteza de corodare în soluţie umedă

Fiecare tip de oxid a fost introdus într-o soluţie de corodare pe bază de acid fluorhidric diluat în apă deionizată HF 49% : H₂O amestec în raport 1 : 6, la temperatura de 25,5⁰C. Plachetele au fost corodate în trepte. Pentru determinarea vitezei de corodare s-a măsurat grosimea de oxid rămasă după fiecare treaptă de corodare. Pentru comparaţie în aceeaşi soluţie, oxidul crescut termic se corodează cu o viteză de aproximativ 100 nm/min.

Viteza medie de corodare în condiţiile date este de aproximativ 351 nm/min.

2.2. Viteza de corodare pentru oxid SiH₄ - LF

Viteza medie de corodare în condiţiile date este de aproximativ 354 nm/min.

2.3. Viteza de corodare pentru oxid SiH₄ - HF

Viteza medie de corodare în condiţiile date este de aproximativ 353 nm/min.

În urma experimentelor de corodare umedă a oxizilor depuşi am constatat că cei trei oxizi se corodează la fel de repede în aceaşi soluţie pe bază de acid fluorhidric. Prin comparaţie cu oxidul crescut termic, oxizii depuşi se corodează de 3,5 ori mai repede. În concluzie, oxidul termic este mult mai bun ca mască de corodare pentru substrat, dar ca strat de sacrificiu, oxizii depuşi în PECVD sunt recomandaţi datorită vitezei de corodare foarte mari a acestora. Substratul şi celelalte straturi depuse deasupra oxidului sunt introduse un timp mult mai scurt în soluţia de corodare, efectele nedorite asupra acestora fiind mult reduse. Deci, din punctul de vedere al tehnologiei pe bază de straturi de sacrificiu, oxizii depuşi în PECVD din sursă gazoasă sau lichidă sunt mult superiori.

3. Viteza de corodare în ICP-RIE (DRIE)

Pentru a se determina rezistenţa ca mască de corodare în DRIE, oxizii obţinuţi sunt supuşi unui proces Bosch standard

Pentru oxizii depuşi în PECVD, concluzionăm ca raportul de corodare Si la SiOx (depus în PECVD) este de aproximativ 166 la 1, iar pentru Si la SiO2 (crescut termic) este de aproximativ 200 la 1.

4. Vizualizare SEM

Pe una din plachetele depuse în PECVD s-a aplicat o mască de fotorezist şi s-a corodat în oxid un microcanal. Concluzionăm că măsurătoarea SEM confirmă valorile măsurate cu refractometrul. Oxidul depus în PECVD este mult mai indicat pentru tehnologia straturilor de sacrificiu, în comparaţie cu oxidul crescut termic.

2. Testare experimentală – Raport ştiinţific experimentări [top]

Activitatea 4.A. Elaborare set-up experimental: metode obţinere şi încapsulare a nanostructurilor PEI în containere lipidice (liposomi)

2.1.1. Încapsularea nanostructurilor PEI / acizilor nucleici in containere lipidice (lipozomi)

Studiul de fata prezintă comportamentul a doua fluide imiscibile intr-un sistem de microcanale compus din doua bifurcații: una in forma de „Y” cu doua intrări si o ieşire si una in forma de „T” cu o intrare si doua ieşiri. Studiul face parte din şirul de investigații început si prezentat in rapoartele anterioare, ce cuprinde obținerea lipozomilor cu dimensiune controlata trecând prin fazele de focusare hidrodinamica (o metoda moderna de încapsulare controlata), separare si sortare.
Prin analiza curgerii a doua fluide imiscibile in aceasta configurație se apelează la un criteriu de similitudine, pentru caracterizarea comportamentului lipozomilor in contact cu fluidul Newtonian de lucru – soluția buffer – care poate fi aproximat din punct de vedere reologic cu apa. 
Astfel, figurile de mai jos, prezintă o investigație nestaționara cu privire la dinamica formei interfeței ce se manifesta prin variația adâncimii in canalul de curgere. S-au folosit doua geometrii, (1) una cu secțiune pătrata a canalului: 1 x 1 μm (Fig. 1.÷8.) si (2) una de tip hele-shaw cu lățimea canalului >> adâncimea lui: 1 μm x 50 nm (Fig. 9. ÷16.).
Fluidele imiscibile utilizate pentru acest studiu sunt doua fluide Newtoniene bine cunoscute si caracterizate: lipide mineral si apa deionizata, fiecare fiind introdus separat pe ramurile de intrare ale bifurcației in Y. Un aspect foarte important al caracterizării din punct de vedere al proprietarilor fizice ale fluidelor de lucru îl reprezintă tensiunea interfaciala. Valoarea acesteia a fost măsurata cu un aparat numit goniometru si implementata in modelul numeric. După cum s-a menționat si in prezentările rezultatelor anterioare, predicţia si reconstrucția numerica a formei interfeţei dintre cele doua fluide imiscibile conduce la o caracterizare mai amplă a fenomenului formării de picături sau vezicule cu comportament asemănător.
In cazul de fata s-au utilizat ca viteze de intrare pentru ambele ramuri si in ambele cazuri v = 0.01 m/s. Daca in primul caz numărul Reynolds aferent intrării I1, cu apa, este Re = 1, in cel de-al doilea caz numărul Reynolds este mult mai mic Re = 0.001, datorita dimensiunilor mult mai reduse. In ambele cazuri numărul capilarității rămâne constant  Ca = 1.8∙10^-2 , datorita dominantei solutiei lipidice lipideoase asupra curgerii.
In ambele cazuri se observa obținerea unor picături ale căror dimensiuni pot fi controlate. Fenomenul prezintă un ciclu de repetitivitate de 0.0001 s in cazul geometriei cu secțiune pătrata si de 0.00006 s in cazul geometriei de tip hele-shaw. De menționat ca in cel de-al doilea caz, ciclul cuprinde formarea mai multor picături decât in primul caz. Apar diferențe clare si la dimensiunile picăturilor principale: D2D ≈ 1.5 μm pentru cazul (1), D2D ≈ 0.5 μm pentru cazul (2). Daca însă luam in considerare ca cele doua geometrii au adâncimi diferite, diferențele vor fii si mai mari la scara tridimensionala: D3D ≈ 1.2 μm pentru cazul (1), D3D ≈ 0.1 μm pentru cazul (2).
După analiza rezultatelor obținute in aceasta investigație, se poate conchide ca prin utilizarea acestor geometrii după realizarea încapsulării acizilor nucleici sau a nanostructurilor PEI in containere lipidice, acestea se pot „sparge” si sorta controlat pana la dimensiuni de 100 nm.

Fig. 1. Interfata apa-lipide pentru geometria cu sectiune patrata 1x1 um: t = 0.0023 s.

Fig. 2. Interfata apa-lipide pentru geometria cu sectiune patrata 1x1 um: t = 0.0024 s

Fig. 3. Interfata apa-lipide pentru geometria cu sectiune patrata 1x1 um: t = 0.0025 s.

Fig. 4. Interfata apa-lipide pentru geometria cu sectiune patrata 1x1 um: t = 0.0026 s.

Fig. 5. Interfata apa-lipide pentru geometria cu sectiune patrata 1x1 um: t = 0.0027 s.

Fig. 6. Interfata apa-lipide pentru geometria cu sectiune patrata 1x1 um: t = 0.0028 s.

Fig. 7. Interfata apa-lipide pentru geometria cu sectiune patrata 1x1 um: t = 0.0029 s.

Fig. 8. Interfata apa-lipide pentru geometria cu sectiune patrata 1x1 um: t = 0.0036 s.

Fig. 9. Interfata apa-lipide pentru geometria de tip hele-shaw: t = 0.0015 s.

Fig. 10. Interfata apa-lipide pentru geometria de tip hele-shaw: t = 0.0016 s.

Fig. 11. Interfata apa-lipide pentru geometria de tip hele-shaw: t = 0.0017 s.

Fig. 12. Interfata apa-lipide pentru geometria de tip hele-shaw: t = 0.0018 s.

Fig. 13. Interfata apa-lipide pentru geometria de tip hele-shaw: t = 0.0019 s.

Fig. 14. Interfata apa-lipide pentru geometria de tip hele-shaw: t = 0.0020 s.

Fig. 15. Interfata apa-lipide pentru geometria de tip hele-shaw: t = 0.0021s.

Fig. 15. Interfata apa-lipide pentru geometria de tip hele-shaw: t = 0.0022s.

Dispozitiv Magnetoforetic pentru manipularea magnetolipozomilor

In vederea analizei influentei geometriei asupra curgerii unui fluid cu nanoparticule intr-un magnetofor, s-au realizat simulări numerice pe geometria prezentata in Fig. 17. S-a utilizat o discretizare ortogonala a domeniului de calcul, fluidul încărcat cu nanoparticule fiind transportat prin microcanal cu o viteza foarte mica de 0.001 m/s.
Caracterizarea curgerii s-a realizat prin distribuții de linii de curent (Fig. 18.), distribuții de viteze (Fig. 19.) si distribuții de presiune (Fig. 20.). Toate aceste distribuții indica o curgere laminara, iar coroborat cu reprezentarea traiectoriilor nanoparticulelor (Fig. 21.), putem conchide ca traiectoriile nanoparticulelor sunt neperturbate de modificarea liniara a dimensiunii canalului, permițându-se astfel o evacuare fără recirculări a acestor nanoparticule.

Fig. 17. Discretizarea domeniului de curgere cu detaliu: geometrie tip magnetofor.

Fig. 17. Discretizarea domeniului de curgere cu detaliu: geometrie tip magnetofor.

Fig. 19. Distribuția vitezelor de curgere in dispozitivul  magnetoforetic pentru manipularea magnetolipozomilor.

Fig. 20. Distribuția presiunilor de curgere in dispozitivul  magnetoforetic pentru manipularea magnetolipozomilor.

Fig. 21. Reprezentarea traiectoriilor nanoparticulelor in dispozitivul  magnetoforetic.

2.1.2. Caracterizare prin spectrometrie FTIR si microscopie de baleiaj electronic a magnetolipozomilor functionalizati [top]

Spectrometria de absorbtie moleculara in infrarosu este o tehnica analitica foarte utilizata in primul rand pentru analiza calitativa atat a substantelor anorganice, dar in special a substantelor organice, pe baza spectrelor de absortie caracteristice, datorate vibratiei atomilor in cadrul diferitelor grupari existente in moleculele analizate. Spectrometria cu  transformata Fourier in infrarosu (FTIR) poate fi folosita pentru studierea proceselor chimice si a structurii compusilor chimici. A fost folosit un spectrometru FTIR Bruker Tensor 27, probele fiind inregistrate pe un domeniu spectral cuprins intre 4000-400 cm^-1, starea de agregare a probelor fiind solida, prin pastilare in bromura de potasiu (KBr) spectrele fiind inregistrate folosind modulul de transmisie.

Spectrul nanoparticulelor de Fe₂O₃:

Proba este caracterizata prin benzile spectrale ce apar la 576 cm-1si respectiv 440 cm^-1, benzi ce pot fi atribuite modului de vibratie a legaturii Fe-O, ν(Fe-O). Benzile spectrale de la 3428 cm-^-1 si 1616 cm^-1 pot fi atribuite modului de intindere, ν(OH), si respectiv de deformare,  δ (OH), a legaturii O-H.

Spectrul nanoparticulelor de Fe₂O₃ imbracate in polietilenimina (PEI):

Proba este caracterizata prin benzile spectrale care apar la 632 si 577 cm^-1, mai intense decat cele situate la 630 si 584 cm^-1 din spectrul Fe₂O₃-PEI. De asemenea benzile situate la 1384 si 1048 cm^-1 sunt mult mai pronuntate, indicand o rearanjare conformationala a polimerui in contact cu nanoparticulele de aur.

Spectrul nanoparticulelor de Fe2O3 imbracate in polietilenimina (PEI) functionalizate cu aur coloidal si aur metalic

Proba este caracterizata prin disparitia sau diminuarea intentisatii unor benzi spectrale. De exemplu benzile situate la 632 si 577 cm^-1, in proba Fe₂O₃-PEI-Au, dispar si este bine definita doar banda de la 564 cm^-1.

2.1.3.  Caracterizare prin microscopie de baleiaj electronic si difractie de raze X a probelor de oxid de fier nanostructurate functionalizate [top]

Microscopia de baleiaj electronic (SEM) a fost folosita pentru a caracteriza morfologia nanoparticulelor de oxid de fier functionalizate. Avand in vedere faptul ca tehnica SEM nu reflecta cu acuratete dimensiunile nanoparticulelor, aprecierea dimensiunilor reale trebuie efectuate cu alte tehnici precum microscopia electronica de transmisie (TEM) sau difractia de raze X (XRD). Aceasta din urma a fost folosita pentru identificare tipului de oxid de fier cat si a dimensiunilor nanoparticulelor. Pozitia maximelor de difractie este ilustrata mai jos iar dimensiunea nanoparticulelor a fost calculata cu ajutorul metodei ehnicii Williamson-Hall, aceasta fiind estimata a fi sub 10 nm.

Proba Fe₂O₃

Proba Fe_2O3-PEI

Proba Fe₂O₃-PEI-Au

Proba Fe₂O₃-PEI-AuAu

2.2. Activitatea 4.B. Elaborare set-up experimental: metode obţinere şi încapsulare a acizilor nucleici in containere lipidice (liposomi) [top]

ADN este o molecula care transporta cea mai mare densitate de informatii si de o importanta esentiala cu privire la organismele vii. ADN este un polimer format din 4 tipuri de monomeri. Monomerii se mai numesc si nucleotide, termenul acesta din urma fiind cel mai larg rapandit. ADN este format de un schelet format din structuri periodice de deoxiriboza (5 carbon zahar)-pe scurt zahar S, legate cu fosfor P. Cele patru nucleotide ale ADN sunt A-adenina, T-timina, G-guanina, C-citosina sunt formate din moleculele de   A si T, respectiv G si C, denumite si baze, si secventa de S si P la care sunt atasate. Bazele sunt complementare, insemnind ca A si T respectiv G si C sunt legate prin legaturi de hidrogen. A si G sunt purine in timp ce T si C sunt pirimidine. In momentul in care dorim sa analizam citeva proprietati fizice ale ADN, trebuie sa ne tinem cont de urmatoarele aspecte:
Scheletul ADN este incarcat electric negativ; acest fapt poate fi util in cazul detectiei electronice a secventei de baze [9], dar pentru alte aplicatii este nevoie ca ADN sa fie introdus intr-o solutie ionica, care sa neutralizeze sarcina negativa. Pe de alta parte, fortele electrostatice au influenta asupra bazelor din ADN. De aceea, din punct de vedere fizic ADN trebuie considerat impreuna cu mediul exterior in care acesta se afla.
ADN nu este un sistem fizic periodic, ca un cristal. De aceea, multe din notiunile fizicii solidului, ca de exemplu zona Brilloin si multe alte modele de transport al purtatorilor nu se aplica fara modificari majore in cazul ADN
Vibratia moleculara a perechilor de baza A-G , C-T este cu un ordin de marime mai mare decit in cazul cristalelor; ne putem astepta deci la un nivel de zgomot mai ridicat.
Exista mai multe tipuri de ADN si proprietatile fizice sunt legate stric de tipul ADN. Enumeram A-ADN, B-ADN sau Z-ADN, care au structura elicoidala rotita spre dreapta (A,B) si spre stinga - Z.

Tipurile de ADN mai sus enumerate nu sunt singurele tipuri de ADN, dar sunt cele mai intilnite. Multe masuratori privind transportul in ADN sunt facute pe o structura ADN a bacteriofagului λ.
Practic, proprietatile de transport sunt dependente de configuratia ADN si lungimea moleclipide [9]. Totusi, s-a observat ca pentru structurile ADN foarte scurte (sute nm), acestea constituie conductori de electricitate pina la citiva volti, dupa care conductia este stopata. Insa datorita interactiei π-π*  intre bazele complementare (suprapunere intre orbitatalele π), ADN se comporta ca un semiconductor cu banda interzisa de 3.75 eV, este deci un semiconductor de banda larga ca si GaN sau AlN. Acest cuplaj intre orbitali reprezinta un mecanism de conductie independent de structura ADN si se afla la baza transportului de tip semiconductor, mai pregnant sau nu, in diferite configuratii ADN.

Structurile periodice ADN poli-G poli-C [10] sunt cele mai studiate ca structucturi semiconductoare ADN, fiindca ele contin o singura pereche de baze repetata. Practic, datorita negativiatii electrice a scheletului ADN, o structura de doi electrozi apropiati la o distanta de citiva nm polarizata corespunzator poate atrage si mentine intre electrozi o structura ADN de lungime extrem de mica (10 nm). La conductia in ADN se considera ca mecanisme de transport tunelarea, salturi de purtatori intre stari localizate si conductia in banda. Toate aceste tipuri de transport sunt regasite in diferite masuratori de de diferite tipuri de ADN [9].

In mod simplu, se poate spune ca conductia are loc datorita diferentelor de nivele Fermi din electrozi si benzile moleculare ale ADN, iar ADN este un semiconductor cu benzi continui de energie. In principiu, puratatorii din electroni sunt transferati in ADN prin tunelare.

2.2.1. Caracterizare prin fluorescenta a Fe2O3-PEI-AuAu functionalizate cu secvente de ADN [top]

Secventa ADN folosita in procesul de imobilizare a fost urmatoarea:
5’-SH-TGTAAAAGTAATAAAAATAATATTCCGGACGACTTTTACTGACTTATATTTGAACACCATCAACCTCGACCACCGCATCCG
TTCTC ACGGAACTGCTATGTCGATTAAGTCTTAGTAAAA-3’

Secventa ADN complementara a fost:
5’-Cy3-TTTTACTAAGACTTAATCGACATAGCAGTTCCGTGAGAACGGATGCGGTGGTCGAGGTTGATGGTGTTCAAATATAAGTCA
GTAAAA GTCGTCCGGAATATTATTTTTATTACTTTTACA-3’

In imaginea de mai sus pot fi observate doua spoturi: cel mai intens (situat in partea stanga) reprezinta proba Fe₂O₃-PEI-AuAu functionalizata cu ADN, asa cum este luata din amestecul de reactie, fara a fi purificata prin spalari succesive pentru a elimina excesul de secventa de ADN complementara marcata cu marker de fluorescenta, care fiind in exces, nu a reactionat cu secventa de ADN imobilizata in prealabil pe  Fe₂O₃-PEI-AuAu. Spotul din dreapta, mai putin intens, este rezultatul acelorasi nanoparticule care au interactionat cu secventa de ADN imobilizata pe Fe₂O₃-PEI-AuAu, dar care au fost purificate prin spalari repetate. Succesul reactie de hibridizare este indicat de fluorescenta acestor ultime nanoparticule hibridizate.

Sinteza Fe₂O₃
Sinteza Fe2O3-PEI
Sinteza Fe₂O₃-PEI-Au
Sinteza Fe₂O₃-PEI-AuAu
Imobilizare ADN pe Sinteza Fe₂O₃-PEI-AuAu
Hibridizare ADN complementar