Summary
我々は、デバイス作製およびカーボンナノチューブ系高周波バイオセンサーの測定プロトコルを説明する。高周波センシング技術は、基本イオン（デバイ）遮蔽効果を緩和し、ナノチューブバイオセンサーは、従来の電子バイオセンサが失敗し、高イオン強度溶液で動作することを可能にする。当社の技術は、ポイントオブケア（POC）生理学的に適切な状態で動作する電子バイオセンサーのためのユニークなプラットフォームを提供します。
Abstract
ユニークな電子特性と単層カーボンナノチューブ（SWNT）と半導体ナノワイヤの高い表面積対体積比（NW）は1-4は、それらの高感度バイオセンサーのための良好な候補にする。荷電分子は、例えばセンサ表面に結合すると、そのDCコンダクタンスの変化をもたらす、センサ内のキャリア密度を変化させる5。しかしながら、イオン溶液に帯電した表面は、電気二重層（EDL）を形成し、溶液からの対イオンを引き付ける。このEDLを効果的に電荷をオフにスクリーニングし、そして生理学的に適切な条件で約100ミリモル（mM）を、特徴的な電荷スクリーニング長（デバイ長さ）はメートル（nm）未満である。このように、高イオン強度溶液中で、電荷系（DC）の検出は、基本的に6-8の妨げとなっている。
我々は、炭素nanotを操作することにより、高い周波数ではなく、分子の双極子の電荷を検出することにより、電荷スクリーニング影響を克服高周波ミキサ9-11として宇部電界効果トランジスタ。高い周波数では、AC駆動力はもはや溶液抗力に打ち勝つことができない、溶液中のイオンは、EDLを形成するのに十分な時間がない。さらに、周波数ミキシング技術は、私たちはイオンスクリーニングを克服するのに十分に高い周波数で動作することを可能にし、まだ低い周波数11-12で感知信号を検出する。また、SWNTトランジスタの高い相互コンダクタンスは、外部の信号増幅器が不要に検知信号用の内部ゲインを提供します。
ここでは、（b）は、デバイス上チャンバ14（c）は、マイクロ流体（PDMS）、ポリジメチルシロキサンを設計し、スタンプ、ナノチューブ13に生体分子を官能化し、（d）は、（）SWNTトランジスタを作製するためのプロトコルを記述異なるイオン強度溶液11における高周波センシングを行う。
Introduction
帯電した分子がSWNTまたはNW電子センサに結合すると、それはどちらか寄付/電子を受け入れるか、またはローカルの静ゲートとして機能することができます。いずれの場合も、結合分子は、センサの測定されたDCコンダクタンスの変化をもたらす、SWNT又はNWチャネル内の電荷密度を変えることができる。 15-20分子の多種多様が正常な結合イベント時にナノセンサーのDC特性を研究することによって検出されている。電荷検出してい感知機構は、ラベルフリー検出21、フェムトモル感度22、及び電子が機能15を読み出す含む多くの利点を持っているにもかかわらず、それは、低イオン強度溶液に有効である。高イオン強度溶液において、DC検出は、イオンスクリーニング6-8によって妨げられる。帯電した表面は、表面近傍の電気二重層（EDL）を形成する溶液から対イオンを魅了しています。 EDLは、効果的にこれらの費用をオフに選別。 Tと彼溶液が増加するイオン強度、EDLが狭く及びスクリーニングが増大となる。この遮蔽効果は、デバイ長λDスクリーニングすることを特徴とする
、ε媒体の誘電率であり、kはBはボルツマン定数、Tは温度であり、qは電子の電荷であり、cは電解液のイオン強度である。典型的な100mMの緩衝液については、λDは 1nm で程度で、表面電位が完全に数nmの距離で上映される。結果として、単層カーボンナノチューブまたはナノワイヤをもとにしてナノセンサのほとんどは、乾燥状態で20または低イオン強度溶液5,15,17,21-22（℃〜1nMのいずれかで動作する- 10mM）を、そうでない場合はサンプルは脱塩手順15,23を経る必要があります。ポイント·オブ·ケア診断装置は、限られた試料処理機能を備えた患者の生理学的に適切な部位にイオン強度で動作する必要がある。したがって、イオン遮蔽効果を緩和するPOCナノバイオセンサーの開発と実施のために重要である。
我々は、メガヘルツの周波数範囲においてSWNT系ナノセンサを操作することにより、イオン遮蔽効果を緩和する。プロトコルは詳細ナノセンシングプラットフォームと生体分子検出用高周波混合測定基づくSWNTトランジスタの製造ここで提供。単層カーボンナノチューブは、鉄触媒24でパターン化基板上に化学気相蒸着法によって成長させる。我々のSWNTトランジスタのために、我々は懸トップゲート25が 500nm高周波センサの応答性を高めるのに役立ち、また、コンパクトなMICRを可能ナノチューブの上に配置組み込むデバイスを密封するO流体室。 SWNTトランジスタは、バックグラウンドイオン遮蔽効果を克服するために、高周波ミキサ9-11として動作する。高い周波数では、溶液中の可動イオンは、EDLを形成すると変動する生体分子の双極子は、まだゲートSWNTは私たちの検知信号であるミキシング電流を生成することができる十分な時間がありません。周波数混合はFETナノチューブの非線形IV特性に起因し発生する。当社の検出技術は、充電ベースの検出とインピーダンス分光26-27の従来の技術とは異なります。まず、我々はむしろ、関連する費用よりも高い周波数で生体分子双極子を検出する。第二に、SWNTトランジスタの高い相互コンダクタンスは、検知信号用の内部ゲインを提供します。これは、高周波インピーダンス測定の場合のように外部増幅の必要性がなくなる。最近では、他のグループはまた、高BAで生体分子検出に対処してきたckground濃度23,28。しかし、これらの方法は、複雑な製造または受容体分子の慎重な化学工学を必要とする、より複雑である。当社の高周波SWNTセンサはシンプルなデザインを内蔵しナノチューブトランジスタの固有の周波数混合性を利用しています。そこで我々は、生理学的に適切な状態で直接機能するバイオセンサが望まれるリアルタイムのポイント·オブ·ケア検出のための新しいバイオセンシングプラットフォームを有望、イオン遮蔽効果を緩和することができる。
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Protocol
1。 SWNT成長のための触媒のパターニング
- 500nmでのSi 3 N 500分の4程度の SiO 2膜上に成長低圧化学蒸着（CVD）によるシリコンウェハで始まる。
- 5秒後、40秒間4,000 rpmで、500 rpmでフォトレジスト（PR）の層コートをスピン。
- 90秒間115℃でウェハを焼く。
- 触媒のための長方形のピット（ 図1）とフォトマスクを使用して、0.3秒のために300 MJ / cm 2でUV（365 nm）の放射照度にウェハを公開します。露光後90秒間115℃でウェハを焼く。
ヒントサイズの異なるデザインピットがSWNT化学蒸着（CVD）成長プロセスのばらつきを考慮するために5ミクロン×5ミクロン、10ミクロン×5ミクロン等、例えば 。
- 70秒優しくプロセスを通じてウェハを振るための現像剤中のウェハを開発する。
- DI WATEでウェハをすすぐその後2分間、rと窒素（N 2）銃でブロードライ。
- 10 -6トルのチャンバ圧力で電子ビーム蒸発器室及び預金0.5 nmの鉄（Fe）に開発されたウェハをロードします。
- 1.5センチメートル×1.5センチ小さいダイスにウェハをサイコロ。
- 10分間ずつ暖かくアセトン、イソプロパノール（IPA）に浸漬することによってフォトレジストを除去。これは、ナノチューブの成長のための長方形のピットのFe触媒の後ろに残します。
2。カーボンナノチューブのCVD成長
- CVD成長炉の石英管に触媒コーティングされた金型を置きます。
ヒント：ナノチューブの成長のためのスイートスポットを決定します。成長は、私たちの炉（ 図2c）用2インチX 2インチの下流の領域の上に均一である。
- フォトレジスト残渣（ 図2a）を除去するために一時間880℃で空気中の基板をアニール。クールダウンすることができます。
- Arでチャンバーをパージ3 SLM（標準リットル毎分）で5分間角形。
- 800炉を立ち上げる度管の中心にCを、アルゴンの1 SLM（図2b）の流れを維持しながら。
- 触媒粒子を減少させる、すなわち鉄への酸化鉄を変換する5分間の水素の流れ0.2 SLM。
- 単層カーボンナノチューブを成長させる35分間のエチレン5.5 sccmの（分当たりの標準立方センチメートル）（C 2 H 4）を導入する。プロセス全体の0.2 SLMのH 2流れを維持。このレシピから得られた単層カーボンナノチューブの長さは、> 20ミクロン（μm）である。
- 炉が小さいアルゴン流量で室温まで冷却することができます。
3。 SWNT FETトランジスタの製造
- カーボンナノチューブの電流-電圧（IV）特性評価のためにソース-ドレイン電極を画定するためのフォトマスク（ 図1）を設計する。
ヒント：遠くAPAR電極接触パッドを拡張ダイ上のT彼らもアクティブナノチューブ領域上にマイクロ流体スタンプを押した後に入れて引き続きアクセスするように。
- 連絡先の金属堆積のために領域を定義するための手順1.2 -1.6に従ってください。
- 預金のTi / Auの10 -6トルで、電子ビーム蒸発器チャンバ内のソース·ドレインコンタクトの0.5 nm/50 nmである。
- 金属リフトオフ用一晩アセトンにダイのままにしておきます。リフトオフ後、10分間IPAでダイを浸した後、N 2銃を使用してブロードライ。
- 10 -6トールでゲート誘電体のためのSiO 2を蒸発500nmの電子ビームのブランケット堆積を行う。
- ゲート電極を画定するためのフォトマスク（ 図1）を設計する。
- ゲート金属堆積のための領域を定義するための手順1.2から1.6に従ってください。
- e-ビーム蒸発器のトップゲート電極として50 nm/50程度のCr / Auから蒸発させる。金属リフトオフ用ステップ3.4に従ってください。
ヒント：強Oを高めるために厚いクロム層を使用して、fはトップゲートを停止した。ゲート寸法は、また、成功したサスペンションのために重要である。
- 毛布預金上部電極不動態化のために、SiO 2の薄層（20 nm）を。
- カーボンナノチューブチャネルにアクセスするためのSiO 2にトレンチを開くためのフォトマスク（ 図1）を設計する。遠くSWNTチャネルからソース、ドレイン、ゲート電極にアクセスするための領域を開放するために、同じマスクのデザインパッドエッチエリア。
- SiO のウェットエッチング用のトレンチを開くPRパターンにステップ1.2から1.6に従ってください。
- ウェットエッチングは、SiO 2を3分および30秒間1時20 BHF溶液を用いて蒸発させた。のSi 3 N 4は、BHFのさらなる浸透を防止するためにエッチング停止層を提供する。
ヒント：エッチング時間校正をお勧めします。
- 完全に脱イオン水で装置を洗浄した後、5分間IPAに浸し。 N 2銃を使用してブロードライ。デバイスセントructureは厚いクロム層のためにそのまま残ります。
4。カーボンナノチューブ側壁の化学官能
- 6 mMのジメチルホルムアミド1 - pyrenebutanoic酸スクシンイミジルエステル（PBSE）（DMF）の溶液を準備します。
- 室温で1時間のためにこのリンカ分子溶液中のSWNT FETダイをインキュベートする。
- 徹底的に過剰の試薬を洗い流すために、DMF中のダイをすすいでください。デバイスをブロードライ。
- ビオチニル-3の20mg/mlのソリューション、SWNTのビオチン化のためのDI水の6 dioxaoctanediamine（ビオチンPEOアミンBPA）を準備します。
- 徹底的にDI水でダイスをすすぎ、ブロードライした後18時間は、この溶液中のダイをインキュベートする。 BPAはPBSEリンカー分子に付着する。
- ストレプトアビジン結合のために7.2のpH PBS溶液中で1mg/mlのストレプトアビジンの溶液を調製します。
- 静的な測定のために、完全にビオチン化SWNTを官能する20分間ストレプトアビジン溶液にダイをインキュベート。ソロughlyすすぎとダイを乾燥吹く。リアルタイム検出のために、第PDMS流路（ステップ6）をスタンプした後、ストレプトアビジン結合（ 図3）高イオン強度のバックグラウンドでストレプトアビジン溶液を流す。
注意：我々は、スクイーズボトルを使用してダイの上調剤DI水（〜50ml）をすることによって、ダイをすすいでください。次に我々は、DI水を含む別のペトリ皿にダイスを移動し、1分間の周りダイスを移動させます。我々は2つのステップ8-10回の合計を繰り返す。
5。流体室のためのポリジメチルシロキサン（PDMS）モールドの作製
- 計量カップに、PDMSモノマーの重量9部を注ぎ、硬化剤1重量部を加え、十分に混合する二つ。
- ドガ25分間デシケーター内の混合。気泡が混合物を通して上昇し、残す。
ヒント：混合物が発泡を開始した場合は、チャンバーを排出し、それが少数のために落ち着くましょう再び脱までの秒。
- ペトリ皿に新たなシリコンウエハーを置きます。上記ウェハ5mmのPDMS層を有するように、その上に脱気したPDMSの混合物を注ぐ。
- 1時間70℃のオーブンでペトリ皿°Cを置きます。
- シャーレを取り出し、それがクールダウンしましょう。 PDMSの矩形部分を切り出し、ピンセットを用いて、それを引っ張ってメスを使用してください。
ヒント：PDMS側に直接シリコンウエハと接触しては清潔で、非常にフラットです。この面では、SWNT FETダイと接触することになる。それを汚染しないように注意してください。
- 逆さまに長方形のダイを配置し、それを他に平らな側から生検パンチ（直径3mm）を使用して穴を開ける。これは、PDMS（図4a）の平らな面にはギザギザを保証しません。
- <製造されたSWNT FETダイ（の活性領域の上に整列させることにより注意深くデバイスの上にPDMSチャンバを配置strong>の図4a、b）に示す。ダイ上にスタンプを確保するために軽くタップします。漏れのないチャンバを提供するダイ平坦面ボンド。
ヒント：これは肉眼で行うか、十分な作業スペースと光学顕微鏡を用いてすることができます。 PDMSは（ダイおよび/またはPDMSスタンプがきれいでない場合、一般的に）うまくつかない場合は、結合を支援するために、PDMSに酸素プラズマ（20ワット、15秒）を行います。強力な接着には、このリードより高いプラズマパワーを使用して、しかし、我々はこのような場合にPDMSを除去しながら電極のリッピングを見てきました。
- 電気試験後とDI水でダイを浸漬し、軽くスタンプを持ち上げて次の化学的機能ステップの前にPDMSスタンプを削除します。
6。マイクロ流体流路の準備
- きれいなシリコンウェハを取り、任意の水分を除去するために5分間200℃のホットプレート上に置きます。
- 500rpmでコートSU-8 2015スピン（100回転/秒の昇温速度）を5秒、300回転/秒の昇温速度で30秒間、1,250 rpmのために。これは、シリコンウエハ上に30μmの厚さのSU-8層を提供します。
- ソフトベーク95℃ウェハ℃で5分間。
- SWNTの領域の上に300μm幅の流路パターンを定義するためのフォトマスク（ 図4C）を設計。
ヒント：構造チャネル幅の崩壊を避けるために10:1の高さの比（この場合には30μm300μm以下）で十分です。
- 365nmのUVフォトリソグラフィーを使用して0.9秒でUV露光時間で流路を画定する。
- 5分間95℃ダイ°Cを焼く投稿。
- 穏やかに振盪を伴う5分間SU-8の開発中のパターンを開発する。
- IPAにウェハをすすぎ、N 2銃でブロードライ。
- PDMSの混合物を調製するために5.1から5.2の手順に従ってください。
- シラン化剤TRICの2-3ドロップと一緒にデシケータにSU-8鋳型とウエハーを置きhloro（3、3、3 - トリフルオロプロピル）ペトリ皿中のシラン。真空ポンプをオンには、ウエハ1時間真空中で座らせて。
- ウェハ上に脱気したPDMSの混合物を注ぎ、70℃のオーブンで1時間のために、C言語でそれを加熱する。
- メスを使用したPDMSモールド（SU-8の負の）カットします。
- 逆さまにPDMSスタンプを配置し、流路の各端部に穴を開けるために生検パンチ（直径0.75mm）を用いた。ラフエッジ（ 図4e）を回避するために、他にフラット側（シリコンウエハと接触している側）から穴を開けるようにしてください。
- 顕微鏡下で製造されたSWNT FETダイの活性領域の上に整列させることにより注意深くデバイスの上にPDMS流室を配置する。ダイ上にスタンプを確保するために軽くタップします。漏れのないチャンバを提供するダイ平坦面ボンド。 （ 図4（c）及び（d））
- 穴にポリエチレンチューブを押して、流体のソースとドレインシリンジ（Fにもう一方の端を接続しますigure 4E）。
- チャネル（ 図6）を通る流体の制御された流れを維持するために、シリンジポンプシステムにシリンジを取り付けます。
7。 DC電気的測定のセットアップ
- DAQカードの電圧ポートにFET SWNTのソースとゲートの接点を接続します。
- 現在のプリアンプを通してDAQカードの入力ポートにドレイン接点を接続します。
- 、ソースコンタクトに30ミリボルト（MV）を適用し、ゲート電圧をスイープし、ドレイン（ 図5a）からの電流を記録します。
ヒント：溶液中の測定では、内のゲート電圧掃引パラメータを保つ| 0.7ボルト|ゲート金属電極と溶液との間の漏れとの反応を避けるために。
8。 AC電気的測定のセットアップ
- 変調freque AMセットアップするロックイン周波数発生器の外部変調信号ポートにアンプから参照·アウト信号を接続NCY出力。
- バイアス·ティー（ 図5bと5cが ） を使用して、DAQカードから周波数発生器とDC電圧のAM変調されたRF出力ポートにFET SWNTのソースコンタクトを接続します。
- DAQカードの電圧ポートにゲートコンタクトを接続します。
- ナノチューブを通して交流電流を読むことをロックインアンプにドレインコンタクトを接続します。 DAQ入力ポートを流れる電流の振幅と位相をお読みください。
- 200キロヘルツ（kHz）の時に0ボルトとAM信号の周波数でDC電源電圧を保持します。
- ゲート電圧をスイープし、ドレインからの電流を測定します。
- 異なる周波数でI ミ ックス V Gスイープのための周波数を繰り返しステップ8.6を増やします。
9。溶液中の電気測定（ノーフロー）
- 1のNaCl、10mMのNaClおよび5M NaClを原液から始まる100mMのNaCl塩溶液を準備します。
- ステップ3.13からSWNTデバイスを取る。ビオチンを取得するためのステップ4.1から4.5までを行うdはデバイス。
- デバイスの上にPDMSチャンバーを入れてステップ5に従ってください。
- ピペットを使用してDI水でチャンバーを埋める。
- 異なる周波数に対する周波数ミキシング測定に手順8に従ってください。
- 三つの異なる塩溶液1のNaCl、10mMのNaClおよび100mMのNaClのために9.4を繰り返します。
ヒント：新しいソリューションで複数回以前のソリューションを撤回した後、チャンバーをフラッシュするピペットを使用してください。常に高濃度溶液に低いから切り替える。
- そっとピンセットでスタンプを持ち上げてPDMSスタンプを削除します。
- 徹底的にDI水でデバイスをすすいでください。
- 4.6から4.7で説明したように、ストレプトアビジン結合を行う。
- 手順9.3から9.6を繰り返します。
10。溶液中の電気計測（リアルタイム·フロー）
- 5 M NaClを原液から始まる100mMのNaCl塩溶液を準備します。
- ステレオからSWNTデバイスを取るP 3.13。ビオチン化した装置を得るための手順4.1から4.5を実行します。
- ステップ6次のデバイス上のマイクロ流体流路を置き..撤退モード動作のためのマイクロ流体チャネルの一方の端に空のシリンジを接続します。もう一方の端に100mMのNaClの背景液でシリンジを取り付けます。
- ステップ8で説明するように電気的測定をセットアップします。周波数（f = 10 MHz）で、ゲート電圧バイアス（V = 0）を固定します。
- 撤退モード（流量= 0.4ミリリットル時間-1）にシリンジポンプを起動し、時間とともに電流信号を監視します。ストレプトアビジン-ビオチン結合（ 図6）のために100mMのNaClとモニタ信号変化に1mg/mlのストレプトアビジンへのソリューションを切り替えます。
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Representative Results
懸トップゲートを有するトランジスタSWNTの走査型電子顕微鏡画像は、 図7aに示されている。ゲート寸法は、サスペンション25のために重要である。現在の設計寸法（長さ×幅×厚さ= 25ミクロン×1ミクロン×100 nm）である。ゲート電極は、50nm Cr/50 nmのAuから構成され、厚さのクロム層が浮遊構造へより多くの強さを追加します。懸架構造は、上部ゲートとドレイン（ 図7b）との間のリーク電流の有無によって確認される。
私たちは、SWNTセンサーを評価するために、ビオチン - ストレプトアビジンリガンド - 受容体システムを使用しています。側壁官能基化の成功を特徴付けるために我々には、各機能化工程の後に空気中のFETの直流伝達曲線を監視します。 図7c例証そのビオチン化後に右に伝達曲線シフト（赤）とストレプトアビジン結合（青）。これはelectronegatiによって静電ゲーに起因することができますビオチンPEO - アミンおよびストレプトアビジンに存在するアミン基をもらっ。
高周波測定では、私たちは、 図5bに示す回路図に従ってください。 SWNTトランジスタの非線形IV特性、ミキシング出力電流を得るためにソースとゲートの高周波入力を混合し、私たちの検知信号である混ぜる 。 図7dは、私は典型的なデバイス用のゲート電圧の関数として測定ミックス示し100mMのNaClである。変調周波数、ωM、でAM変調された入力のための混合電流は10-11で与えられます。
ここで、mは変調深さである、（V ACは、AM入力振幅で、∂G /∂V gが 、デバイスの相互コンダクタンスであるIの傾き
生体分子検出のためには、CNTが、すなわち SiO 2を完全にBHFエッチング工程中にエッチングされる溶液に直接露出されることが必要である。この条件が満たされない場合は、リンカー分子は、ナノチューブ側壁に沿って積み重ねることができないように、CNTの化学修飾することはできません。我々が前とSiO 2の不動態化装置のDI水でもバインドした後に変化が見られない場合に、これは明らかに、図7グラムに示されている。また、これは我々の測定結果が成功した化学修飾と同様に高いバックグラウンドイオン濃度の生体分子の検出を示すことを証明している。すべての測定では、センサーの応答は、セットアップから共振による、30 MHzで越え下がることを確認します。
図1。ナノチューブトランジスタの製造プロセスフロー（）の製造プロセス-触媒堆積のための（1）フォトマスクレイヤ1（PL-1）、（2）金属リフトオフ、（3）CNTの成長、ソース·ドレイン（4）PL-2接点、ゲートコンタクト（5）金属リフトオフ、（6）のSiO 2ブ ランケット堆積、（7）PL-3、（8）金属フォトレジスト除去後にBHFウェットエッチングチャネル（11）の最終的なデバイスのためのリフトオフ、（9）薄いSiO 2のブランケット堆積、（10）PL-4。カラースキームが示されている。（b）のデバイス構造の模式図。
図2。カーボンナノチューブ成長（a）は、フォトレジスト残渣を除去する工程とアニール、CNTの成長と増殖炉（c）の配置のためのデバイス（b）の成長ステップ。
図3。 CNTの化学的官能化のためのフローチャートを示す。
図4。溶液測定用PDMSスタンプ（） - （b）はスタティック（フローなし）測定装置のフローチャンバ（A）のデバイス上PMDS室をパンチングして取り付け、（b）の模式図（c）は、 - （電子 SU-8を用いたPDMSモールド流路のための）フローの測定。（c）は、プロセスフロー。 （1）流路を画定するためのフォトマスクは、（2）リンクされたSU-8型、（3）PDMS SU-8およびデバイスにスタンプ（4）PDMS流路を横切る。デバイス上の流路（d）の模式図と（e）の PDMSにおけるパンチング入口/出口孔、デバイスの流路をスタンピングと入口/出口ポートにポリエチレンチューブを接続する。
図5。電気測定のセットアップ。（）DC測定概略図、（b）は交流電流測定回路図とAM変調周波数ミキシング測定のための実験装置の（c）の画像を混合することはより大きい数字を表示するには、ここをクリックしてください 。
図6。流量測定セットアップ全体の測定のセットアップの（）画像、（b）はシリンジポンプおよびプローブステーションと、PDMS流路は、入口/出口流管及び電気pはデバイスの（c）の画像ローブ。
図7。 SWNTバイオセンサーのための代表的な結果。後の典型的な懸トップゲート装置（A）のSEM画像、懸架構造を確認するために、（b）は、ゲート-ドレインリーク、FET原始ナノチューブ（黒）のための（c）の Iは、DC-Vグラム曲線ビオチン（赤）と後の空気中で測定されたストレプトアビジン結合（青）、（d）は直流電流I DC（ブラック、V SD = 10 mVの）および混合現在、関数としてI ミックス （赤、変調F = 200 kHzの） 100mMのNaCl溶液中でデバイスのV Gの。理論I（1）も比較のために（▲）が示されている式のモデルを使用して得られた混合 。（e）の I ミックス -V gの電流がビオチン化のためのVES（黒）とf = 10 MHzでの100mM NaCl中ストレプトアビジン-ビオチン結合型（赤）SWNT、100mMのNaClでストレプトアビジンの結合を検出するために、（f）は、リアルタイムの流量測定とで結合後の（g）の信号変化完全に異なる周波数でDI水で制御装置を不動態化。 より大きい数字を表示するには、ここをクリックしてください 。
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Discussion
カーボンナノチューブの成長だけでなく、炉の条件だけでなく、基板の清浄度に依存する。成長のための最適のガス流量、温度及び圧力は慎重に較正され、一旦、多かれ少なかれ安定している固定されなければならない。これらの条件が満たされていてもして、我々は、成長がパターン化された触媒領域、触媒と基質清浄の量に依存するがわかった。したがって、我々は成長のばらつきを考慮するために、複数の触媒ピットサイズを組み込んだ。一時間高温アニール工程基板からPR残基などのような汚染物質を除去できました。 図2は、我々 は SWNTの成長のために採用条件を示しています。
ダイの処理工程からの汚染物質の存在は、化学的、生物学的なセンシングにおけるスプリアス信号につながる可能性があります。それゆえ、化学的機能の前後に十分に基板をクリーニングする必要がある。各機能化後のすすぎの手順はレムを助けるアクティブエリアの近くに機器に付着することがあり、任意の過剰の試薬をオベ。また、基板はきれいではなかった場合、PDMSスタンプがリークタイトではなかったし、測定中に流体圧力で剥離することが観察。このような場合には、PDMSスタンプ上で非常に穏やかなO 2プラズマは接着を助けた。強すぎるO 2プラズマはよくPDMSスタンプスティックを作るかもしれないが、ハードデバイスから削除するために、我々は使用不能死ぬレンダリング除去しながら電極のリッピングに気づいた。 PDMSスタンプ、ダイが汚れていない場合は、それらの間の接着はまた、酸素プラズマ処理を行わずに流体流量測定に耐えるには十分である。この意志エッチカーボンナノチューブとしてSWNTデバイスにO 2プラズマを使用しないでください。
溶液ベースの電気的測定では、電流漏れは検出信号を圧倒する。このリークは、ソリューションがあまりにも指揮者として機能することができますので、の抵抗が増大する塩濃度でダウンが起こる。したがって、トランジスタ設計における電極不動態化工程を組み込むことが必要である。我々の製造プロトコルの2つのブランケット堆積（500 nmおよび20nmのSiO 2が ）ソース、ドレイン及びゲート金属接点からの漏洩を減少させる助けた。また、任意の電気的測定を行う前に、ゲート·ドレインリーク掃引は漏れが意図掃引電圧範囲で行わないことを確認することをお勧めします。
流体の流量測定のためには、流路内の空気トラップを避ける必要がある。エアギャップは、空気中のセンサの応答が時、溶液中とは異なりますので、歪みを通知するためにリードしています。前方励起モードでは、この問題は多くの場合、流体の流れを妨げているが発生しました。これは、引出しモードでシリンジポンプを操作することによって回避された。
高いバックグラウンドイオンソリューションにおける高周波電気測定の応答は、測定のセットアップから共鳴損失による30-40のMHzを超え下落。私たちはなるlieveこれは、低寄生容量を持つデバイスを設計することによって改善することができる。最適化されたゲート-SWNT距離と小さくBNCとSMAケーブルは、感度を向上させることがあります。
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Disclosures
著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言します。
Acknowledgments
我々は早期に議論のためにコーネル大学の教授ポールMcEuenに感謝します。仕事はミシガン大学と国立科学財団スケーラブルナノ製造プログラム（DMR-1120187）によってスタートアップ資金提供によってサポートされています。この作品は、ミシガン大学、国立科学財団によって資金を供給国家ナノテクノロジー基盤ネットワークのメンバーでルーリーのナノファブリケーション施設を使用していました。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| REAGENTS | |||
| Reagents which were provided within Lurie Nanofabrication Facility (University of Michigan) are marked as LNF in the catalogue column. Chemicals which require protective equipment (gloves, safety goggles, face mask, apron) and/or fume hood are denoted with PPE in comments section. | |||
| Silicon wafers (P-type, <100>, 500-550 μm thick) | Silicon Valley Microelectronics | ||
| SPR 220 3.0 | Dow (Rohm and Haas) | Megaposit SPR | PPE |
| AZ 300MIF | AZ Electronic Material Corporation | PPE | |
| Acetone | J T Baker | 9005-05 | PPE |
| Isopropanol (IPA) | J T Baker | 9079-05 | |
| Buffered Hydrofluoric Acid | Transene | PPE | |
| 1-Pyrene Butanoic Acid, succinimidyl ester | Molecular Probes | P130 | PPE |
| Biotin PEO Amine | Thermo Scientific | EZ- Link PEG2 Biotin, # 21346 | PPE |
| Streptavidin | Invitrogen | S 888 | PPE |
| Dimethylformamide | MP Biomedicals | 0219514791 | PPE |
| Polydimethylsiloxane Elastomer Base and Curing Agent | Dow Corning | Sylgard 184 Elastomer Kit | PPE |
| SU-8 2015 | Microchem | Y111064 | PPE |
| SU-8 Developer | Microchem | Y020100 | PPE |
| Silanizing agent | Sigma Aldrich | 452807 | PPE |
| Hydrogen | Purity Plus | LNF | |
| Ethylene | Purity Plus | LNF | |
| Argon | Purity Plus | LNF | |
| Phosphate Buffer Saline System | Sigma Aldrich | PBS1 | |
| EQUIPMENT | |||
| Equipment provided by Lurie Nanofabrication Facility (University of Michigan) is denoted as LNF in Catalogue column. | |||
| GCA 200 Autostepper | GCA | LNF | |
| Low Pressure Chemical Vapor Deposition Tool | Tempress | LNF | |
| e-beam Evaporator | Enerjet | LNF | |
| CNT growth Furnace | First Nano | Easy Tube 3000 (LNF) | |
| Photomasks | Nanofilm | LNF | |
| Petri dish (150mm) | LNF | ||
| Desiccator | Bel-Art | F420100000 | |
| Biopsy Punch | Ted Pella | 15071/78 | |
| Scalpel | Ted Pella | 548 | |
| Polyethylene Tubing PE-50 | VWR | 20903-414 | |
| Syringe Pump | New Era Pump Systems | NE-1000 | |
| Syringe | Fisher Scientific | BD Safety-Lok Syringes | |
| Syringe Needles | Fisher Scientific | 14-821-13A | |
| DAQ card | National Instruments | 779111-01 | |
| GPIB connector | National Instruments | 778032-51 | |
| Lock-in Amplifier | Stanford Research Systems | SR 830 | |
| Frequency Generator | HP Agilent | 8648B, 9kHz -2GHz | |
| Bias Tee | Picosecond | 5575A-104 | |
| Current Preamplifier | DL Instruments, LLC | DL 1211 | |
| BNC cables | Allied Electronics | 665-xxxx | |
| SMA cables | Sentro Tech Corp | SCF65141 | |
References
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