قطب نانوبوري لاسلكية مغلقة لتحليل واحد جسيمات نانوية
مارس 20, 2019
نقدم هنا، بروتوكولا لقياس الكهروكيميائية اللاحقة من الاصطدامات نانوحبيبات واحدة وتلفيق القطب نانوبوري لاسلكية مغلقة.
قياس الكهروكيميائية السمة الجوهرية للجسيمات النانوية واحدة هي ذات أهمية كبيرة في علم النانو. هذه الطريقة تبين طريقة بسيطة ولكن استنساخ للغاية لبناء قطب نانوبور لاسلكية لتحليل الجسيمات النانوية واحدة سريعة. حجم نانويكتكتررود يمكن أن تصل إلى ما يصل إلى 30 نانومتر من خلال هذا الأسلوب تصنيع بسيط.
القرار الحالي والدقة الزمنية أثناء التحليل هي 0.6 بيكومبس و0.01 مللي ثانية، على التوالي. ومن المتوقع أن يتم استخدام هذا القطب نانوبور اللاسلكية لفي التحليل في الجسم الحي وغير الغازية العلمانية بسبب حجم النانو من طرف نانوي. يمكن لخاصية الرنين السطحية المترجمة من طرف نانو الذهب والرؤية البصرية المثالية لـ nanopipettes عبر تمكين الكشف البصرية الكهربائية على نطاق نانو.
يجب على الباحثين المهتمين في تصنيع قطب النانو اللاسلكية إتقان عملية صب النانوبليت. لأن هذه خطوة حاسمة في الإجراء. يجب أن تولي اهتماما لدرجة الحرارة البيئية والرطوبة عند صب ماصة.
يضاف أولا 4.8 ملليلتر من حمض الكلورووريك مع جزء كتلة من 1٪ إلى 40 ملليلتر من المياه الأيونية مع اثارة قوية. ثم سخني المحلّل إلى الغليان. إضافة بسرعة 10 ملليلتر من محلول سيترات ثلاثي الصوديوم مع جزء كتلة من 1٪ في الحل.
سخني المحلّل لمدة 15 دقيقة إضافية حتى يصبح المحلّل النهائي أحمر اللون. ضع الشعيرات الدموية الكوارتز في أنبوب جهاز طرد مركزي 15 ملليلتر مملوءة الأسيتون ونظيفة في نظافة بالموجات فوق الصوتية لمدة عشر دقائق. عند الانتهاء، وإزالة الأسيتون وإضافة الإيثانول.
ثم ضع أنبوب الطرد المركزي في منظف الموجات فوق الصوتية لمدة عشر دقائق إضافية من التنظيف. المقبل، ووضع الشعيرات الكوارتز في آخر 15 ملليلتر أنبوب الطرد المركزي مع المياه ديوند لإزالة الإيثانول، وتنفيذ التنظيف بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 دقائق. جفف الشعيرات الدموية الكوارتز باستخدام تيار غاز النيتروجين وتخزينها في أنبوب طرد مركزي نظيف.
بعد ذلك، قم بتشغيل جهاز سحب ليزر ثاني أكسيد الكربون والحرارة المسبقة لمدة 15-20 دقيقة لضمان قوة ليزر ثابتة. تثبيت شعرية الكوارتز نظيفة في قبل ساخنة غاز الليزر ثاني أكسيد الكربون. تعيين المعلمات سحب الحرارة، خيوط، السرعة، وتأخير، وسحب القوة على لوحة من سحب ليزر ثاني أكسيد الكربون لقطر معين.
إصلاح nanopipette المعدة على طبق بتري مع لاصقة قابلة لإعادة الاستخدام لمزيد من التوصيف. حقن 10 ميكرولترات من محلول حمض الكلورووريك المعدة في نانوريبيت مع microloader. الطرد المركزي نانويبيت لمدة خمس دقائق في حوالي 1، 878 مرات G لإزالة فقاعات الهواء في نانوسيبيت.
بعد الطرد المركزي، قم بإصلاح نانويبيت على زلة غطاء مع مطاط سيليكون معد مسبقًا، وحدد المنطقة داخل نانوسيبيت كجانب كومنولث الدول المستقلة وخارجها على أنه الجانب العابر. بعد انتظار خمس دقائق للمطاط لعلاج، ووضع الفرقة المتكاملة على طاولة الهدف من المجهر المقلوب. تشغيل وضبط الإضاءة حقل الظلام لتركيز طرف نانوبيبيت تحت هدف المجهر 10x.
تغيير إلى هدف 40x للحصول على دقة spacial أعلى. التالي مكان واحد الفضة كلوريد الفضة القطب داخل nanopipette. ثم ضع قطب كلوريد الفضة الفضية على الجانب العابر.
قم بتوصيل أقطاب كلوريد الفضة بمكبر للصوت. قم بتشغيل نظام القياس الحالي والبرنامج المقابل للتسجيل الأيوني الحالي. ثم تعيين المحتملة المطبقة إلى 300 ميليفولت.
الآن ببطء إضافة 150 ميكرولترات من محلول بوروهيدريد الصوديوم إلى الجانب عبر لتحريك التفاعل بين حمض الكلوروواريك و borohydride الصوديوم. في الوقت نفسه، كهربائياً وبصرياً تسجيل التتبع الحالي و صورة الميدان المظلمة تشتت الأطياف باستخدام القياس الحالي وأنظمة الكشف عن الحقل الظلام. إيقاف تشغيل الإمكانات التطبيقية بعد تتبع التيار الأيوني يعود إلى picoamps صفر.
غسل نوع مغلق مهيأ WNE مع تدفق المياه ديوند من أسفل إلى طرف. تغيير الحل في الجانبين عبر ورابطة الدول المستقلة إلى محلول كلوريد البوتاسيوم بعد تصنيع من نوع مغلق WNE. نقل 50 ميكرولترات من 30 نانومولر حل نانو جزئه الذهب إلى الجانب عبر.
ثم سجل الإشارة الحالية لأحداث التصادم أحادية الجسيمات النانوية في احتمالية 300 ملليفولت. وأخيرا ، تغيير الجهد المطبق لرصد تردد ، السعة ، وتغير شكل إشارة الحالية. يتضمن تصنيع النانوبنيت ثلاث خطوات رئيسية.
يتم إصلاح الكابيلا المجهرية مع القطر الداخلي من 0.5 ملليمتر وقطرها الخارجي من 1 ملليلتر في السحب، ثم يتم تركيز الليزر على مركز الشعرية لإذابة الكوارتز. من خلال تطبيق القوات على محطات الشعيرية ، فإنه يفصل أخيرا ويشكل جزأين مع نصائح المخروطية النانوية. الإجراء من توليد نانوتيب الذهب داخل طرف نانويبيت، بعد أن تظهر عملية سحب هنا.
11- واستُخدم نظام توصيف في الموقع لرصد عملية تصنيع النوع المغلق WNE عن طريق التسجيل المتزامن للردود الحالية والصور الميدانية الداكنة. أعلى عرض صور SEM من nanopipette عارية ومغلقة نوع WNE تظهر هنا بعد التركيز أيونات شعاع تقسيم صورة عرض جانبي SEM يوفر مورفولوجيا من نانوتيب الذهب داخل نوع مغلق WNE. في تجارب التصادم أحادية الجسيمات النانوية، تضاف الجسيمات النانوية الذهبية إلى الجانب العابر من WNE.
أداء الضوضاء المتميزة لهذا CNE يكشف عن الإشارات الخفية مع تردد إشارة عالية. عند توليد طرف نانو الذهب، ينبغي استخدام إمكانية تطبيق منخفضة لتوليد واجهة الكهروكيميائية. ويمكن لإمكانات تطبيق عالية تسريع توليد الذهب والنتيجة في الهياكل المعيبة في طرف نانو.
يمكن أن تساعد دقة التباين العالي ودقة الدقة الخاصة العالية لهذه الطريقة الباحثين في فهم عملية نقل الإلكترون على مقياس النانو. borohydride الصوديوم أمر خطير وسوف تتفاعل بعنف مع الماء. يرجى توخي الحذر عند إعداد محلول بوروهيدريد الصوديوم.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تقدم هذه المقالة بروتوكولًا لتصنيع قطب نانوي مساميّ لاسلكي مغلق النوع، مما يمكن قياس الاصطدامات الكهروكيميائية للجسيمات النانوية المفردة. يقدم هذا الأسلوب نهجًا يمكن تكراره لتحليل سريع للجسيمات النانوية على نطاق النانو.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلوم
- علوم النانو
- الكيمياء الكهربائية
- تحليل الجسيمات المفردة
الخلفية
- قياس الجسيمات النانوية المفردة أمر بالغ الأهمية للتقدم في علوم النانو.
- يمكن أن يصل حجم قطب المسام النانوية اللاسلكي إلى 30 نانومترًا.
- الدقة العالية الحالية والزمنية هي من السمات الرئيسية لهذه الطريقة.
- التقنية مناسبة للتحليل في الجسم الحي وغير الغازية.
هدف الدراسة
- تطوير طريقة لتحليل سريع ودقيق للجسيمات النانوية المفردة.
- الاستفادة من الخصائص الفريدة لقطب المسام النانوية لتحسين الكشف.
- تسهيل الكشف الكهربائي البصري على نطاق النانو.
الطرق المستخدمة
- تصنيع قطب مساميّ نانوي لاسلكي مغلق النوع.
- تقنيات القياس الكهروكيميائي.
- تحليل اصطدامات الجسيمات النانوية.
- استخدام خصائص الرنين البلازموني السطحي الموضعي.
النتائج الرئيسية
- تظهر الطريقة دقة تيار تبلغ 0.6 بيكوان.
- الدقة الزمنية المحققة هي 0.01 مللي ثانية.
- يكون قطب المسام النانوية فعالًا لتحليل الجسيمات النانوية المفردة.
- تم تسليط الضوء على التطبيقات المحتملة في التحليل غير الغازي.
الاستنتاجات
- يوفر هذا البروتوكول طريقة بسيطة وقابلة للتكرار لتحليل الجسيمات النانوية.
- لقطب المسام النانوية اللاسلكي آثار مهمة للبحث المستقبلي.
- قد تؤدي الدراسات الإضافية إلى توسيع نطاق تطبيقاته في مختلف المجالات.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
Analyzing single nanoparticles with high spatiotemporal resolution supports mechanistic de-risking in early-stage nanomedicine and diagnostic platform development. The closed-type wireless nanopore electrode enables reproducible, label-free detection of nanoparticle properties, improving target validation confidence in discovery workflows. This capability addresses a key inflection point in portfolio triage where nanoparticle behavior predicts downstream translational success.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of intrinsic nanoparticle features such as size, charge, and surface reactivity for target hypothesis testing.
- Operational Value: Provides high current resolution (0.6 pA) and temporal resolution (0.01 ms) for precise single-event discrimination.
- Strategic Value: Supports predictive confidence in nanoparticle behavior, reducing ambiguity in lead candidate selection.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative, real-time current traces from nanoparticle collision events for assay readout standardization.
- Operational Value: Facilitates assay reproducibility through well-defined nanoelectrode morphology and wireless design.
- Strategic Value: Enables scalable screening platforms for nanoparticle libraries in therapeutic and diagnostic development.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Bridges discovery and preclinical stages by providing continuous, nanoparticle-specific biophysical data.
- Operational Value: Supports risk-adjusted advancement decisions through consistent, high-fidelity signal detection.
- Strategic Value: Enhances translational continuity by enabling monitoring of nanoparticle stability and interaction in complex biological milieus.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early nanoparticle characterization to lead identification, where single-particle analysis informs structure-activity relationships and formulation stability.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of nanoparticle properties through direct electrochemical measurement of collision dynamics.
- Screening: Delivers assay-ready, quantitative outputs (frequency, amplitude, shape of current signals) for compound or formulation comparison.
- Analytics: Enables statistical analysis of nanoparticle collision frequency and magnitude, aiding in population-level behavioral assessment.
- Translational Research: Connects to preclinical validation by offering a reproducible tool for tracking nanoparticle behavior in simulated biological environments.
- Enterprise Reuse: Represents a modular, adaptable capability for repeated use across nanoparticle projects without cleanroom dependency.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in nanoparticle characterization through high-resolution, label-free detection.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility via controllable nanoelectrode fabrication and wireless operation.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing early, predictive confidence in nanoparticle performance.
- Portfolio Impact: Enables risk-based prioritization of nanoparticle candidates using quantifiable, single-particle metrics.
Implementation Considerations
- Requires expertise in nanoelectrochemistry, laser-based nanopipette pulling, and electrochemical setup.
- Needs instrumentation including carbon dioxide laser puller, potentiostat, amplifier, and dark-field microscopy.
- Demands cross-team standardization of fabrication parameters (e.g., temperature, humidity, pulling force) for consistent WNE performance.
- Involves adaptation considerations when transferring the method to different nanoparticle types or biological matrices.
- Includes practical limitations such as sensitivity to electrode fouling and the need for careful handling of reactive reagents like sodium borohydride.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
1:26
Preparation of Gold Nanoparticles
2:00
Fabrication of Nanopipettes
3:21
Fabrication of Closed-type WNE
5:34
Single Nanoparticle Collision with Closed-type WNE
6:13
Results: Fabrication of Closed-type WNE and Electrochemical Measurement of Single Nanoparticle Collisions
7:45
Conclusion
