يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

تصنيع الكربون الأنابيب الجزيئية عالي التردد الكترونيات النانو جهاز الاستشعار البيولوجي للاستشعار عالية في حلول القوة الأيونية

17.8K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/50438

⸱

يوليو 22, 2013

 , 
1Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Michigan - Ann Arbor

في هذه المقالة

ملخص

نحن تصف تصنيع الجهاز وبروتوكول القياس لأنابيب الكربون القائمة على أجهزة الاستشعار عالية التردد. تردد تقنية الاستشعار عالية يخفف من الأيونية الأساسية (ديباي) تأثير الفحص ويسمح أنابيب جهاز الاستشعار البيولوجي وسيتم تشغيلها في حلول عالية القوة الأيونية حيث فشل أجهزة الاستشعار الالكترونية التقليدية. توفر التكنولوجيا لدينا منصة فريدة لنقطة من الرعاية (POC) أجهزة الاستشعار الإلكترونية التي تعمل في ظروف ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية.

الملخص

الخصائص الإلكترونية فريدة من نوعها ونسب سطح إلى ارتفاع حجم أنابيب الكربون النانوية احد الجدران (SWNT) وأسلاك أشباه الموصلات (NW) 1-4 جعلها مرشحة جيدة للأجهزة الاستشعار حساسية عالية. عندما يربط جزيء المحملة على مثل هذا السطح الاستشعار، فإنه يغير كثافة الناقل 5 في أجهزة الاستشعار، مما يؤدي إلى تغيرات في تصرف DC لها. ومع ذلك، في محلول أيوني يجذب سطح اتهم أيضا مكافحة أيونات من الحل، وتشكيل طبقة مزدوجة الكهربائية (EDL). هذه مؤسسة كهرباء لبنان على نحو فعال شاشات قبالة تهمة، وفي ظروف ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية ~ 100 millimolar (مم)، فإن السمة تهمة طول الفرز (ديباي طول) هو أقل من النانومتر (نانومتر). وهكذا، في حلول عالية القوة الأيونية، كما أنها تعرقل تهمة مقرها (DC) كشف جوهريا 6-8.

نتغلب على آثار فحص تهمة عن طريق الكشف عن ثنائيات الاقطاب الجزيئية بدلا من الاتهامات في وتيرة عالية، من خلال تشغيل الكربون nanotيوب الترانزستورات تأثير الحقل كما خلاطات عالية التردد 9-11. على ترددات عالية، ويمكن للقوة محرك AC لم يعد التغلب على السحب الحل والأيونات في الحل لم يكن لديك الوقت الكافي لتشكيل مؤسسة كهرباء لبنان. علاوة على ذلك، تردد تقنية خلط يتيح لنا أن تعمل على ترددات عالية بما فيه الكفاية للتغلب على فحص الأيونية، وبعد الكشف عن إشارات الاستشعار في انخفاض الترددات 11-12. أيضا، وtransconductance عالية من الترانزستورات SWNT يوفر مكاسب داخلية للإشارة الاستشعار عن بعد، والذي يغني عن الحاجة إلى مكبر للصوت إشارة خارجية.

هنا، نحن تصف البروتوكول إلى (أ) افتعال الترانزستورات SWNT، (ب) functionalize الجزيئات الحيوية للأنابيب 13، (ج) تصميم والقضاء على بولي dimethylsiloxane (PDMS) غرفة الدقيقة 14 فلويديك على الجهاز، و (د) تنفيذ الاستشعار عالية التردد في مختلف الحلول القوة الأيونية 11.

المقدمة

عندما يربط جزيء دفع إلى SWNT أو NW أجهزة الاستشعار الالكترونية، فإنه يمكن إما التبرع / قبول الإلكترونات أو بمثابة بوابة كهرباء المحلية. في كلتا الحالتين، يمكن للجزيء المربوطة تغيير كثافة الشحنة في SWNT أو قناة NW، مما يؤدي إلى تغير في تصرف DC يقاس من أجهزة الاستشعار. مجموعة كبيرة متنوعة من الجزيئات 15-20 تم الكشف بنجاح من خلال دراسة خصائص DC من nanosensors خلال مثل هذه الأحداث ملزمة. على الرغم من يعتمد آلية الاستشعار عن المسؤول عن الكشف عن العديد من المزايا بما في ذلك الكشف خالية من تسمية 21، حساسية فيمتو المولي 22، وقراءة الإلكترونية من القدرة 15؛ أنها فعالة فقط في انخفاض القوة الأيونية حلول. في حلول عالية القوة الأيونية، ما يعيق الكشف DC عن طريق الفحص الأيونية 6-8. A سطح اتهم يجذب مكافحة أيونات من الحل الذي يشكل الطبقة الكهربائية المزدوجة (EDL) بالقرب من السطح. مؤسسة كهرباء لبنان على نحو فعال شاشات خارج هذه الاتهامات. كما رانه القوة الأيونية للزيادات حل، ومؤسسة كهرباء لبنان يصبح الزيادات فحص أضيق و. ويتميز هذا التأثير فحص من قبل حاجز ديباي طول λ D،

figure-introduction-1
، حيث ε هو السماحية عازلة من وسائل الإعلام، ك B هو ثابت، T بولتزمان هي درجة الحرارة، س هو شحنة الإلكترون، وجيم هو القوة الأيونية من الحل بالكهرباء. لنموذجي 100 ملي حل العازلة، λ D هو حوالي 1 نانومتر، وسيتم عرض إمكانات سطح تماما على مسافة بضعة نانومتر. نتيجة، فإن معظم أجهزة الاستشعار الكترونيات النانو على أساس SWNTs أو NWS تعمل إما في الحالة الجافة 20 أو في انخفاض القوة الأيونية حلول 5،15،17،21-22 (ج ~ 1 نانومتر- 10 ملم)، وإلا يحتاج إلى عينة للخضوع خطوات إزالة الملوحة 15،23. أجهزة التشخيص من الرعاية نقطة تحتاج للعمل في نقاط القوة الأيونية ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية في موقع المريض مع قدرة محدودة تجهيز العينات. وبالتالي، تخفيف تأثير الفحص الأيونية هو أمر حاسم لوضع وتنفيذ POC أجهزة الاستشعار الكترونيات النانو.

نحن التخفيف من تأثير الفحص الأيونية من خلال تشغيل SWNT المستند إلى مستشعر الكترونيات النانو في ميغاهرتز نطاق الترددات. قدم بروتوكول هنا تفاصيل تلفيق الترانزستور SWNT استنادا الكترونيات النانو منصة الاستشعار عن بعد وارتفاع وتيرة قياس خلط للكشف الجزيئية البيولوجية. تزرع أنابيب الكربون النانوية الجدران واحد عن طريق ترسيب الأبخرة الكيميائية على ركائز منقوشة مع الحديد المحفزات 24. لالترانزستورات SWNT لدينا، ونحن دمج علقت أعلى البوابة 25 وضعت 500 نانومتر فوق أنابيب، مما يساعد على تعزيز استجابة جهاز استشعار عالية التردد، ويسمح أيضا لميكر المدمجةO-فلويديك غرفة لاغلاق الجهاز. ويتم تشغيل الترانزستورات SWNT كما خلاطات عالية التردد 9-11 من أجل التغلب على الآثار خلفية فحص الأيونية. على ترددات عالية، وأيونات المحمول في الحل لم يكن لديك الوقت الكافي لتشكيل مؤسسة كهرباء لبنان وثنائيات الاقطاب الجزيئية البيولوجية المتقلبة يمكن لا يزال باب SWNT لتوليد تيار الاختلاط، الذي هو إشارة الاستشعار لدينا. تردد خلط ينشأ بسبب الخصائص غير الخطية الرابع من أنابيب FET. يختلف أسلوبنا الكشف عن التقنيات التقليدية للكشف المسؤول القائم على التحليل الطيفي ومقاومة 26-27. أولا، اكتشفنا ثنائيات الاقطاب الجزيئية البيولوجية في الترددات العالية بدلا من التهم المرتبطة بها. ثانيا، transconductance عالية من الترانزستور SWNT يوفر مكاسب داخلية للإشارة الاستشعار عن بعد. هذا يغني عن الحاجة إلى التضخيم الخارجي كما في حالة قياسات مقاومة عالية التردد. في الآونة الأخيرة، وتناولت مجموعات أخرى أيضا الكشف الجزيئية البيولوجية في مكتبة الإسكندرية عاليةتركيزات ckground 23،28. ومع ذلك، وهذه الأساليب هي أكثر انخراطا، وتتطلب تصنيع معقدة أو الهندسة الكيميائية حذرا من جزيئات المستقبلات. لدينا عالية التردد استشعار SWNT يشتمل على تصميم أبسط ويستخدم تردد الملكية خلط المتأصلة من الترانزستور أنابيب. ونحن قادرون على التخفيف من آثار فحص الأيونية، وبالتالي واعدة منصة biosensing جديدة لفي الوقت الحقيقي الكشف عن نقطة من الرعاية، حيث يتم المطلوب أجهزة الاستشعار تعمل مباشرة في حالة ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. الزخرفة حافزا للنمو SWNT

  1. تبدأ مع رقاقة السيليكون بمادة كيميائية ضغط منخفض بخار ترسب والأوعية الدموية نمت 500 نانومتر سي 3 N 4/500 نانومتر شافي 2 فيلم على القمة.
  2. تدور معطف طبقة من مقاوم الضوء (PR) في 500 دورة في الدقيقة لمدة 5 ثوانى ثم 4،000 دورة في الدقيقة لمدة 40 ثانية.
  3. خبز الرقاقة عند 115 درجة مئوية لمدة 90 ثانية.
  4. استخدام الضوئية مع حفر مستطيلة عن المواد الحفازة (الشكل 1)، وفضح الرقاقة في الأشعة فوق البنفسجية (365 نانومتر) الإشعاع من 300 ميغا جول / سم 2 ل0.3 ثانية. بعد التعرض خبز الرقاقة عند 115 درجة مئوية لمدة 90 ثانية.

تلميح: حفر تصميم من مختلف الأحجام على سبيل المثال 5 ميكرون × 5 ميكرون، 10 ميكرون × 5 ميكرون وما إلى ذلك لمراعاة التغيرات في SWNT ترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) عملية النمو.

  1. تطوير رقاقة في مطور لمدة 70 ثانية تهز بلطف الرقاقة من خلال هذه العملية.
  2. شطف الرقاقة مع DI WATER لمدة 2 دقيقة ثم ضربة الجافة مع النيتروجين (N 2) بندقية.
  3. تحميل رقاقة وضعت في البريد شعاع المبخر غرفة والودائع 0.5 نانومتر الحديد (الحديد) عند ضغط الدائرة من 10 -6 عربة.
  4. الزهر ويفر إلى وفاة أصغر 1.5 سم × 1.5 سم.
  5. إزالة مقاومة للضوء عن طريق غمس في الأسيتون دافئة والأيزوبروبانول (IPA) لمدة 10 دقيقة لكل منهما. هذا يترك وراءه حافزا الحديد في حفر مستطيلة للنمو الأنابيب النانوية.

2. الأمراض القلبية الوعائية نمو أنابيب الكربون النانوية

  1. ضع يموت المغلفة حافزا في أنبوب الكوارتز من الفرن نمو الأمراض القلبية الوعائية.

تلميح: تحديد بقعة الحلو للنمو الأنابيب النانوية. النمو هو موحد على مساحة 2inch وX المصب 2inch وللفرن لدينا (الشكل 2C).

  1. يصلب الركيزة في الهواء عند 880 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة لإزالة بقايا مقاومة للضوء (الشكل 2A). السماح ليبرد.
  2. تطهير الغرفة مع سورةغون لمدة 5 دقائق في 3 حركة تحرير السودان (لتر القياسية في الدقيقة الواحدة).
  3. تكثيف الفرن إلى 800 درجة مئوية في وسط الأنبوب، مع الحفاظ على تدفق حركة تحرير السودان 1 من الأرجون (الشكل 2B).
  4. تدفق حركة تحرير السودان 0.2 من الهيدروجين لمدة 5 دقائق للحد من الجسيمات محفز أي تحويل أكسيد الحديد إلى الحديد.
  5. إدخال 5.5 SCCM (سنتيمتر مكعب قياسي في الدقيقة) من الإيثيلين (C 2 H 4) لمدة 35 دقيقة لتنمو SWNTs. الحفاظ على H 2 تدفق 0.2 حركة تحرير السودان في جميع مراحل العملية. طول SWNTs الحصول عليها من هذا هو وصفة> 20 ميكرون (ميكرومتر).
  6. السماح الفرن ليبرد إلى درجة حرارة الغرفة مع تدفق الأرجون صغيرة.

3. SWNT FET تصنيع الترانزستور

  1. تصميم الضوئية (الشكل 1) لتحديد أقطاب مصدر استنزاف للتيار الجهد (IV) توصيف أنابيب الكربون النانوية.

تلميح: توسيع القطب منصات الاتصال APAR الآنر على الموت بحيث أنها لا تزال متاحة حتى بعد اخماد الطوابع فلويديك الصغرى على المنطقة أنابيب بالموقع.

  1. اتبع الخطوات من 1.2 -1.6 لتحديد منطقة لترسب المعادن للاتصالات.
  2. الودائع تي / الاتحاد الافريقي 0.5 نانومتر للاتصالات nm/50 مصدر استنزاف في غرفة المبخر البريد شعاع في 10 -6 عربة.
  3. مغادرة يموت في الأسيتون بين عشية وضحاها لانطلاقه المعادن. بعد الاقلاع، وتراجع يموت في IPA لمدة 10 دقيقة ثم ضربة الجافة باستخدام N 2 بندقية.
  4. لا ترسب بطانية من 500 نانومتر البريد شعاع تبخر شافي 2 لبوابة عازلة في 10 -6 عربة.
  5. تصميم الضوئية (الشكل 1) لتحديد القطب البوابة.
  6. اتبع الخطوات من 1،2-1،6 لتحديد المنطقة لبوابة ترسب المعادن.
  7. تتبخر 50 نانومتر nm/50 الكروم / الاتحاد الافريقي والقطب بوابة الأعلى في المبخر البريد شعاع. اتبع الخطوة 3.4 لانطلاقه المعادن.

نصيحة: استخدم طبقة سميكة من الكروم لزيادة القوة سعلقت و بوابة الأعلى. أبعاد بوابة بالغة الأهمية بالنسبة لتعليق ناجحة أيضا.

  1. إيداع طبقة رقيقة (20 نانومتر) من شافي 2 لأعلى التخميل الكهربائي بطانية.
  2. تصميم الضوئية (الشكل 1) لفتح خندق في شافي 2 للوصول إلى قناة أنابيب الكربون. تصميم منطقة سادة حفر في نفس قناع لفتح المنطقة للوصول إلى مصدر، واستنزاف وأقطاب البوابة بعيدا عن قناة SWNT.
  3. اتبع الخطوات من 1،2-1،6 إلى نمط من العلاقات العامة لفتح خندق لحفر الرطب من شافي 2.
  4. الرطب حفر وتبخرت شافي 2 باستخدام 01:20 حل فتقول لمدة 3 دقائق و 30 ثانية. سي 3 N 4 يوفر طبقة وقف حفر لمنع المزيد من انتشار فتقول.

تلميح: إحفر معايرة الوقت ويوصى.

  1. شطف جيدا الجهاز في الماء DI، ثم تراجع في IPA لمدة 5 دقائق. ضربة الجافة باستخدام N 2 بندقية. سانت الجهازيبقى ructure سليمة نظرا لطبقة سميكة من الكروم.

4. Functionalization الكيميائية الجدران الجانبية الأنابيب الجزيئية الكربونية

  1. يعد حل من 6 ملم حمض 1-pyrenebutanoic succinimidyl استر (PBSE) في ثنائي ميثيل (DMF).
  2. احتضان يموت FET SWNT في هذا الحل الجزيئية رابط لمدة 1 ساعة في درجة حرارة الغرفة.
  3. شطف جيدا يموت في DMF ليغسل كاشف الزائدة. مجففا الجهاز.
  4. يعد حل 20mg/ml من biotinyl-3، 6 dioxaoctanediamine (البيوتين PEO AMINE-BPA) في الماء DI للbiotinylation من SWNTs.
  5. احتضان يموت في هذا الحل لمدة 18 ساعة وبعد ذلك يشطف جيدا ويموت في الماء DI وضربة الجافة. BPA يعلقها على جزيء رابط PBSE.
  6. يعد حل 1mg/ml streptavidin في 7.2 درجة الحموضة PBS حل لstreptavidin ملزم.
  7. للمقاييس ثابتة، احتضان يموت في حل streptavidin لمدة 20 دقيقة إلى functionalize تماما SWNT البيروكسيديز. Thoroشطف ughly وضربة تجفيف يموت. للاستشعار عن الوقت الحقيقي، وختم قناة تدفق PDMS (الخطوة 6) أولا ثم تتدفق الحل streptavidin في ارتفاع الأيونية خلفية قوة لstreptavidin ملزم (الشكل 3).

ملاحظة: نحن شطف يموت قبل الاستغناء DI المياه (~ 50 مل) على مدى يموت باستخدام زجاجة الضغط. ثم ننتقل يموت إلى طبق بتري أخرى تحتوي على الماء DI ونقل يموت حوالي لمدة 1 دقيقة. نكرر الخطوات اثنين ما مجموعه 8-10 مرات.

5. مقلب إعداد Polydimethylsiloxane (PDMS) لغرفة الموائع

  1. في كوب وزنها، صب 9 أجزاء وزنا من PDMS مونومر وإضافة 1 جزء وزنا من وكيل علاج وتخلط جيدا البلدين.
  2. ديغا الخليط في مجفف لمدة 25 دقيقة. وسوف فقاعات ترتفع من خلال الخليط ويترك.

تلميح: إذا كان يبدأ الخليط رغوة، وتنفيس للغرفة والسماح لها يستقر لبضعثانية قبل التفريغ مرة أخرى.

  1. وضع رقاقة السيليكون الجديدة في طبق بيتري. صب الخليط PDMS degassed على أعلى من ذلك لديها طبقة PDMS من 5 مم فوق الرقاقة.
  2. وضع طبق بتري في الفرن على 70 درجة مئوية لمدة 1 ساعة.
  3. إزالة طبق بيتري والسماح لها يبرد. استخدام مشرط لقطع قطعة مستطيلة من PDMS وتخلعها باستخدام الملقط.

نصيحة: إن الجانب PDMS على اتصال مباشر مع رقاقة السيليكون نظيفة ومسطحة للغاية. وسوف يكون هذا الجانب في اتصال مع يموت FET SWNT. يجب الحرص على عدم تلويث ذلك.

  1. ضع يموت مستطيلة رأسا على عقب وحفر حفرة في ذلك باستخدام لكمة خزعة (3 مم) من الجانب المسطح إلى أخرى. وهذا يضمن عدم وجود حواف خشنة على الجانب المسطح من PDMS (الشكل 4A).
  2. وضع غرفة PDMS على رأس الجهاز بعناية عن طريق مواءمة ذلك على الجزء العلوي من المنطقة النشطة من يموت FET SWNT ملفقة ( الشكل 4A، ب). اضغط عليها بلطف لضمان الطابع على الموت. السندات الجانب المسطح ليموت لتوفير غرفة للتسرب ضيق.

نصيحة: يمكن القيام بذلك مع بالعين المجردة أو باستخدام المجهر الضوئي مع مساحة العمل بما فيه الكفاية. إذا كان PDMS لا عصا جيدا (عموما إذا كان يموت و / أو الطابع PDMS ليست نظيفة)، قم البلازما الأكسجين (20 واط، 15 ثانية) على PDMS لمساعدة الترابط. باستخدام القوى البلازما أعلى من ذلك يؤدي إلى الترابط أقوى، ومع ذلك، فقد شهدنا تمزيق من الأقطاب الكهربائية أثناء إزالة PDMS في مثل هذه الحالة.

  1. إزالة الطابع PDMS بعد اختبارات كهربائية وقبل الخطوة التالية functionalization الكيميائية عن طريق غمس يموت في الماء DI ورفع بلطف الطابع.

6. إعداد قناة تدفق ميكروفلويديك

  1. نلقي رقاقة السيليكون نظيفة ووضعه على طبق ساخن على حرارة 200 درجة مئوية لمدة 5 دقائق لإزالة أي الرطوبة.
  2. تدور معطف SU-8 عام 2015 على 500 دورة في الدقيقة(100 دورة في الدقيقة / ثانية معدل المنحدر) لمدة 5 ثوانى ثم 1،250 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية في 300 دورة في الدقيقة / ثانية معدل المنحدر. هذا يعطي ميكرون سميكة SU-8 طبقة 30 على رقاقة السيليكون.
  3. لينة خبز الرقاقة عند 95 درجة مئوية لمدة 5 دقائق.
  4. تصميم الضوئية (الشكل 4C) لتحديد نمط واسع ميكرومتر قناة تدفق 300 على الجزء العلوي من منطقة SWNT.

تلميح: لتجنب انهيار الهيكل على عرض القناة: نسبة الارتفاع 10:1 كافية (300 ميكرون: 30 ميكرون في هذه الحالة).

  1. باستخدام 365 نانومتر الأشعة فوق البنفسجية ضوئيه تحديد قناة تدفق مع زمن التعرض للأشعة فوق البنفسجية من 0.9 ثانية.
  2. أضف خبز يموت في 95 درجة مئوية لمدة 5 دقائق.
  3. تطوير نمط في SU-8 المطور لمدة 5 دقائق يرافقه اهتزاز لطيف.
  4. شطف الرقاقة في IPA وضربة الجافة مع N 2 بندقية.
  5. اتبع الخطوات من 5،1-5،2 لإعداد خليط PDMS.
  6. وضع رقاقة مع SU-8 العفن في مجفف جنبا إلى جنب مع انخفاض 2-3 من silanizing TRIC وكيلhloro (3، 3، 3 trifluoropropyl) سيلاني في طبق بيتري. بدوره على مضخة فراغ السماح للرقاقة الجلوس في فراغ لمدة 1 ساعة.
  7. صب الخليط PDMS degassed على الرقاقة وتسخينها في الفرن على 70 درجة مئوية لمدة 1 ساعة.
  8. قطع قالب PDMS (سلبي من SU-8) باستخدام مشرط.
  9. وضع ختم PDMS رأسا على عقب، واستخدام لكمة خزعة (0.75 مم) لحفر حفرة في نهاية كل من قناة التدفق. تأكد من حفر حفرة من الجانب المسطح (الجانب في اتصال مع رقاقة السيليكون) إلى أخرى لتجنب حواف خشنة (4E الشكل).
  10. وضع غرفة تدفق PDMS على رأس الجهاز بعناية عن طريق مواءمة ذلك على الجزء العلوي من المنطقة النشطة من يموت FET SWNT ملفقة تحت المجهر. اضغط عليها بلطف لضمان الطابع على الموت. السندات الجانب المسطح ليموت لتوفير غرفة للتسرب ضيق. (الشكل 4C و 4D)
  11. دفع أنبوب البولي ايثيلين في الثقوب وربط الطرف الآخر إلى مصدر استنزاف السوائل وحقنة (Figure 4E).
  12. نعلق المحقنة إلى نظام ضخ حقنة للحفاظ على تدفق للرقابة من السائل من خلال قناة (الشكل 6).

7. DC الإعداد القياس الكهربائية

  1. ربط مصدر واتصالات بوابة SWNT FET إلى الموانئ الجهد من بطاقة دق.
  2. ربط الاتصال هجرة إلى مدخل الميناء من بطاقة دق من خلال مكبر للصوت قبل الحالية.
  3. تطبيق 30 الميليفولت (بالسيارات) إلى الاتصال المصدر، اكتساح بوابة الجهد وتسجيل الحالية من استنزاف (الشكل 5A).

نصيحة: للحصول على القياسات في حل، والحفاظ على الجهد بوابة المعلمة اكتساح داخل | 0.7 فولت | لتجنب تسرب والتفاعل بين القطب البوابة المعدنية والحل.

8. إعداد القياس الكهربائية AC

  1. قم بتوصيل إشارة المرجع المغادرة من القفل في مكبر للصوت الى ميناء إشارة التشكيل الخارجي على مولد تردد لإعداد AM freque التضمينخرج NCY.
  2. ربط الاتصال مصدر SWNT FET إلى AM-التضمين منفذ إخراج RF من مولد التردد والجهد DC من بطاقة دق باستخدام نقطة الإنطلاق التحيز (الشكل 5B و 5C).
  3. ربط الاتصال البوابة إلى ميناء الجهد من بطاقة دق.
  4. ربط الاتصال هجرة إلى قفل في مكبر للصوت لقراءة ميلان الحالي من خلال أنابيب. قراءة السعة والمرحلة الحالية من خلال منافذ الإدخال دق.
  5. عقد مصدر في العاصمة الجهد 0 فولت وAM تردد إشارة عند 200 كيلوهيرتز (كيلو هرتز).
  6. اكتساح بوابة الجهد وقياس الحالية من استنزاف.
  7. زيادة تواتر وتكرار الخطوة 8.6 لأني مزيج-V ز الاحتلالات على ترددات مختلفة.

9. القياسات الكهربائية في الحل (أي تدفق)

  1. إعداد 1 ملي مول كلوريد الصوديوم، كلوريد الصوديوم 10 ملي و 100 ملي حلول الملح كلوريد الصوديوم بدءا من 5M محلول المخزون كلوريد الصوديوم.
  2. يستغرق الجهاز SWNT من الخطوة 3.13. تنفيذ الخطوات 4،1-4،5 للحصول على biotinylateالجهاز د.
  3. اتبع الخطوة 5 لوضع غرفة PDMS على رأس الجهاز.
  4. ملء الغرفة مع الماء DI باستخدام ماصة.
  5. اتبع الخطوة 8 لقياسات خلط تردد عن ترددات مختلفة.
  6. كرر 9.4 لثلاثة حلول مختلفة الملح 1 ملي مول كلوريد الصوديوم، كلوريد الصوديوم 10 ملي و 100 ملي مول كلوريد الصوديوم.

نصيحة: استخدم ماصة لسحب الحل السابق وثم بمسح الدائرة عدة مرات مع الحل الجديد. قم دائما من الأقل إلى حلول تركيز عال.

  1. إزالة الطابع PDMS من خلال رفع بلطف الطابع مع الملقط.
  2. شطف جيدا الجهاز مع الماء DI.
  3. تنفيذ streptavidin ملزم كما هو موضح في 4،6-4،7.
  4. كرر الخطوات من 9،3-9،6.

10. القياس الكهربائية في الحل (في الوقت الحقيقي تدفق)

  1. إعداد 100 ملي مول كلوريد الصوديوم محلول الملح بدءا من 5 M كلوريد الصوديوم محلول المخزون.
  2. يستغرق الجهاز SWNT من الظريفP 3.13. تنفيذ الخطوات 4،1-4،5 للحصول على جهاز البيروكسيديز.
  3. وضع قناة التدفق فلويديك الصغرى على الجهاز بعد الخطوة 6 .. ربط حقنة فارغة إلى واحدة من نهاية قناة فلويديك الدقيقة لعملية وضع الانسحاب. في الطرف الآخر إرفاق المحاقن مع حل خلفية 100 مم كلوريد الصوديوم.
  4. إعداد القياس الكهربائية كما هو مفصل في الخطوة 8. إصلاح التردد (F = 10 ميغاهيرتز) وبوابة الجهد التحيز (V = 0).
  5. بدء ضخ حقنة في وضع انسحاب (معدل التدفق = 0.4 مل ساعة -1) ورصد إشارة الحالي مع مرور الوقت. تبديل الحل ل1mg/ml streptavidin في 100 ملي مول كلوريد الصوديوم ورصد التغير إشارة لstreptavidin-البيوتين ملزم (الشكل 6).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

ويرد مسح الإلكترون صورة مجهر الترانزستور SWNT مع بوابة الأعلى علقت في 7A الشكل. أبعاد بوابة بالغة الأهمية بالنسبة لتعليق 25. أبعاد التصميم الحالي هي (طول × عرض × سماكة = 25 ميكرون × 1 ميكرون × 100 نانومتر). يتكون القطب بوابة 50 نانومتر نانومتر Cr/50 الاتحاد الأفريقي؛ طبقة سميكة من الكروم يضيف المزيد من القوة للهيكل مع وقف التنفيذ. وأكد هيكل علقت من قبل عدم وجود تسرب الحالية بين أعلى البوابة واستنزاف (7B الشكل).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

نمو أنابيب الكربون النانوية لا يتوقف فقط على ظروف الفرن ولكن أيضا النظافة الركيزة. تدفق الغاز الأمثل معدل ودرجة الحرارة والضغط لتحقيق النمو يجب أن معايرة بعناية وثابتة مرة واحدة أنهم أكثر أو أقل استقرارا. حتى مع هذه الظروف يجري الوفاء بها، وجدنا أن النمو يعتمد على المنطقة حافزا منقوشة، وكمية من المواد الحفازة والنظافة الركيزة. وبالتالي، فإننا أدرجت متعددة الأحجام حفرة حافزا لمراعاة التغيرات في النمو. واحد ارتفاع في درجة الحرارة ساعة يصلب ساعدت الخطوة إزالة أي ملوثات مثل العلاقات ا...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

يعلن الكتاب أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.

شكر وتقدير

نشكر الأستاذ بول McEuen في جامعة كورنيل للمناقشة في وقت مبكر. يتم اعتماد العمل من قبل صندوق بدء تقديم من قبل جامعة ميشيغان ومؤسسة برنامج Nanomanufacturing الوطنية للعلوم قابلة لل(DMR-1120187). يستخدم هذا العمل مرفق النانوية لوري في جامعة ميشيغان، وهو عضو في شبكة تقنية النانو البنية التحتية الوطنية بتمويل من المؤسسة الوطنية للعلوم.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
REAGENTS
الكواشف التي تم توفيرها داخل مرفق Lurie Nanofabrication (جامعة ميشيغان) يتم تمييزها على أنها LNF في عمود الكتالوج. يشار إلى المواد الكيميائية التي تتطلب معدات واقية (قفازات ، نظارات واقية ، قناع وجه ، مئزر) و / أو غطاء دخان بمعدات الوقاية الشخصية في قسم التعليقات.
رقائق السيليكون (من النوع P ، < ؛ 100> ، 500-550& مو ؛ m سميك)وادي السيليكون للإلكترونيات
الدقيقة SPR 220 3.0Dow (Rohm و Haas)Megaposit SPRPPE
AZ 300MIFAZ Electronic Material CorporationPPE
AcetoneJ T Baker9005-05PPE
Isopropanol (IPA)J T Baker9079-05
HydrofluoricAcid Transeneمعدات الوقاية الشخصية
1-حمض البيورين بوتانويك ، السكسينيميديل إسترالمجسات الجزيئيةP130PPE
البيوتين PEO أمينالحراري العلميEZ- Link PEG2 البيوتين ، # 21346PPE
StreptavidinInvitrogenS 888PPE
DimethylformamideMP Biomedicals0219514791PPE
Polydimethylsiloxane Elastomer Base وعامل المعالجةداو كورنينجسيلجارد 184 مجموعة المطاطمعدات الوقاية الشخصية
SU-8 2015MicrochemY111064معدات الوقاية الشخصية
SU-8 المطورMicrochemY020100PPE
عامل سيلانSigma Aldrich452807PPE
نقاء الهيدروجينبالإضافة إلىLNF
نقاء الإيثيلينبالإضافة إلىLNF
Argonللفوسفات العازل للنقاء بالإضافةLNF
سيجما ألدريتشPBS1
EQUIPMENT< / strong>
يشار إلى المعدات المقدمة من مرفق Lurie Nanofabrication (جامعة ميشيغان) باسم LNF في عمود الكتالوج.
GCA 200 AutostepperGCALNF
أداة ترسيب البخار الكيميائي ذات الضغط المنخفضTempressLNF
e-beam المبخرEnerjetLNF
CNT فرن النموالأول نانوإيزي الأنبوب 3000 (LNF)
أقنعة ضوئيةنانوفيلمLNF
طبق بتري (150 مم)LNF
مجففبيلآرت F420100000
خزعة لكمةتيد بيلا15071/78
مشرطتيد بيلا548
أنابيب البولي إيثيلين PE-50VWR20903-414
مضخة حقنةأنظمة مضخات العصر الجديدNE-1000
حقنةفيشر العلميةBD سلامة لوك
حقنة إبرفيشر Scientific14-821-13A
بطاقة DAQالأدوات الوطنية779111-01
موصل GPIBالأدوات الوطنية778032-51
مكبر للصوتقفل أنظمة أبحاث ستانفوردSR 830
مولد الترددHP Agilent8648B ، 9 كيلو هرتز -2 جيجا هرتز
المحملةPicosecond5575A-104
مضخم الصوت الحاليDL Instruments، LLCDL 1211
BNC كابلاتAllied Electronics665-xxxx
SMASentro TechCorp SCF65141
Buffered الصناعي نظام المحلول الملحي إلى

المراجع

  1. Dekker, C. Carbon nanotubes as molecular quantum wires. Phys. Today. 52, 22-28 (1999).
  2. McEuen, P. L., Fuhrer, M. S., Park, H. K. Single-walled carbon nanotube electronics. IEEE Transactions on Nanotechnology. 1, 78-85 (2002).
  3. Duan, X. F., Huang, Y., Cui, Y., Wang, J. F., Lieber, C. M. Indium phosphide nanowires as building blocks for nanoscale electronic and optoelectronic devices. Nature. 409, 66-69 (2001).
  4. Cui, Y., Zhong, Z. H., Wang, D. L., Wang, W. U., Lieber, C. M. High performance silicon nanowire field effect transistors. Nano Letters. 3, 149-152 (2003).
  5. Heller, I., Janssens, A. M., et al. Identifying the mechanism of biosensing with carbon nanotube transistors. Nano Letters. 8, 591-595 (2008).
  6. Stern, E., Wagner, R., et al. Importance of the debye screening length on nanowire field effect transistor sensors. Nano Letters. 7, 3405-3409 (2007).
  7. Zhang, G. J., Zhang, G., et al. DNA sensing by silicon nanowire: Charge layer distance dependence. Nano Letters. 8, 1066-1070 (2008).
  8. Sorgenfrei, S., Chiu, C. -y, Johnston, M., Nuckolls, C., Shepard, K. L. Debye Screening in Single-Molecule Carbon Nanotube Field-Effect Sensors. Nano Letters. 11, 3739-3743 (2011).
  9. Appenzeller, J., Frank, D. J. Frequency dependent characterization of transport properties in carbon nanotube transistors. Applied Physics Letters. 84, 1771-1773 (2004).
  10. Rosenblatt, S., Lin, H., Sazonova, V., Tiwari, S., McEuen, P. L. Mixing at 50 GHz using a single-walled carbon nanotube transistor. Applied Physics Letters. 87, (2005).
  11. Kulkarni, G. S., Zhong, Z. H. Detection beyond the Debye Screening Length in a High-Frequency Nanoelectronic Biosensor. Nano Letters. 12, 719-723 (2012).
  12. Sazonova, V. A Tunable Carbon Nanotube Resonator. , Cornell University. (2006).
  13. Chen, R. J., Zhang, Y. G., Wang, D. W., Dai, H. J. Noncovalent sidewall functionalization of single-walled carbon nanotubes for protein immobilization. Journal of the American Chemical Society. 123, 3838-3839 (2001).
  14. Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane. Analytical Chemistry. 70, 4974-4984 (1998).
  15. Zheng, G. F., Patolsky, F., Cui, Y., Wang, W. U., Lieber, C. M. Multiplexed electrical detection of cancer markers with nanowire sensor arrays. Nature Biotechnology. 23, 1294-1301 (2005).
  16. Star, A., Han, T. R., Gabriel, J. C. P., Bradley, K., Gruner, G. Interaction of aromatic compounds with carbon nanotubes: Correlation to the Hammett parameter of the substituent and measured carbon nanotube FET response. Nano Letters. 3, 1421-1423 (2003).
  17. Besteman, K., Lee, J. O., Wiertz, F. G. M., Heering, H. A., Dekker, C. Enzyme-coated carbon nanotubes as single-molecule biosensors. Nano Letters. 3, 727-730 (2003).
  18. Snow, E. S., Perkins, F. K., Houser, E. J., Badescu, S. C., Reinecke, T. L. Chemical detection with a single-walled carbon nanotube capacitor. Science. 307, 1942-1945 (2005).
  19. Kong, J., Franklin, N. R., et al. Nanotube molecular wires as chemical sensors. Science. 287, 622-625 (2000).
  20. Star, A., Tu, E., et al. Label-free detection of DNA hybridization using carbon nanotube network field-effect transistors. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103, 921-926 (2006).
  21. Patolsky, F., Zheng, G. F., Lieber, C. M. Nanowire-based biosensors. Analytical Chemistry. 78, 4260-4269 (2006).
  22. Stern, E., Klemic, J. F., et al. Label-free immunodetection with CMOS-compatible semiconducting nanowires. Nature. 445, 519-522 (2007).
  23. Krivitsky, V., Hsiung, L. -C., et al. Nanowires Forest-Based On-Chip Biomolecular Filtering, Separation and Preconcentration Devices: Nanowires Do it All. Nano Letters. 12, 4748-4756 (2012).
  24. Kong, J., Soh, H. T., Cassell, A. M., Quate, C. F., Dai, H. J. Synthesis of individual single-walled carbon nanotubes on patterned silicon wafers. Nature. 395, 878-881 (1998).
  25. Liu, G., Velasco, J., Bao, W. Z., Lau, C. N. Fabrication of graphene p-n-p junctions with contactless top gates. Applied Physics Letters. 92, (2008).
  26. Katz, E., Willner, I. Probing biomolecular interactions at conductive and semiconductive surfaces by impedance spectroscopy: Routes to impedimetric immunosensors, DNA-Sensors, and enzyme biosensors. Electroanalysis. 15, 913-947 (2003).
  27. K'Owino, I. O., Sadik, O. A. Impedance spectroscopy: A powerful tool for rapid biomolecular screening and cell culture monitoring. Electroanalysis. 17, 2101-2113 (2005).
  28. Elnathan, R., Kwiat, M., et al. Biorecognition Layer Engineering: Overcoming Screening Limitations of Nanowire-Based FET Devices. Nano Letters. 12, 5245-5254 (2012).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

تصنيع الكربون الأنابيب الجزيئية عالي التردد الكترونيات النانو جهاز الاستشعار البيولوجي للاستشعار عالية في حلول القوة الأيونية
اتصل بنا
أوصِ بها للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

2026 © حقوق الطبع والنشر MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.