Waiting
Login-Verarbeitung ...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

En lukket Type trådløs Nanopore elektrode til at analysere enkelt nanopartikler

Published: March 20, 2019 doi: 10.3791/59003
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1, 1
1Key Laboratory for Advanced Materials, School of Chemistry and Molecular Engineering, East China University of Science and Technology
* These authors contributed equally

Summary

Vi præsenterer her, en protokol til fabrikation af en lukket type trådløs nanopore elektrode og efterfølgende elektrokemiske måling af enkelt nanopartikel kollisioner.

Abstract

Måle de iboende egenskaber i enkelt nanopartikler ved nanoelectrochemistry holder dybt grundlæggende betydning og har potentielle virkninger i nanoscience. Dog, elektrokemisk analyse enkelt nanopartikler udfordrende, som den sensing nanointerface er ukontrollabel. For at imødekomme denne udfordring, beskriver vi her fremstilling og karakterisering af en lukket type trådløs nanopore elektrode (WNE), der udviser en meget styrbar morfologi og fremragende reproducerbarhed. Den facile fabrikation af WNE gør det muligt for udarbejdelsen af veldefinerede nanoelectrodes i en almen kemi laboratorium uden brug af et værelse og dyrt udstyr. En anvendelse af en 30 nm lukket type WNE i analyse af enkelt guld nanopartikler i blandingen er også fremhævet, som viser en høj aktuelle opløsning af 0,6 pA og høj tidsmæssige opløsning af 0,01 ms. ledsaget af deres fremragende morfologi og små diametre, flere potentielle anvendelser af lukket type WNEs kan udvides fra nanopartikel karakterisering til enkelt molekyle/ion påvisning og encellede sondering.

Introduction

Nanopartikler har tiltrukket stor opmærksomhed på grund af forskelligartede funktioner som deres katalytiske evne, særlige optiske egenskaber, electroactivity og høj overflade-til-volumen forhold1,2,3, 4. elektrokemisk analyse af enkelt nanopartikler er en direkte metode til at forstå de iboende kemiske og elektrokemiske processer på nanoplan niveau. For at opnå meget følsomme målinger af enkelt nanopartikler, har to elektrokemiske metoder anvendt tidligere for at oplæse nanopartikel oplysninger fra aktuelle svar5,6,7. En af disse metoder indebærer immobilisere eller indfange en individuel nanopartikel på grænsefladen af nanoelectrode for studiet af electrocatalysis8,9. Anden strategien er drevet af enkelt nanopartikel kollision med overfladen af en elektrode, der genererer en forbigående nuværende udsving fra den dynamiske redox proces.

Begge disse metoder kræver en nanoskala ultrasensitive sensing grænseflade, der passer til diameteren af enkelt nanopartikler. Dog har traditionel fabrikation af nanoelectrodes primært medtaget mikro-elektromekaniske systemer (MEMS) eller laser trække teknikker, der er kedelig og undisciplinable10,11,12, 13. For eksempel MEMS-baserede fabrikation af nanoelectrodes er dyre og kræver brug af en clean room, begrænse den massive produktion og popularisering af nanoelectrodes. På den anden side laser trække fabrikation af nanoelectrodes er stærkt afhængig af erfaring af operatørerne under forsegling og trække en metaltråd inde kapillar. Hvis den metaltråd ikke er godt forseglet i kapillar, kan kløften mellem den indre væg af nanopipette og wire dramatisk indføre overskydende aktuelle baggrundsstøj og forstørre electroactive sensing område. Disse ulemper mindske i høj grad følsomheden af nanoelectrode. På den anden side kan eksistensen af et hul forstørre området elektrode og reducere følsomheden af nanoelectrode. Som en konsekvens, er det svært at garantere en reproducerbar ydeevne på grund af ukontrollabel elektrode morfologier i hver fabrikation proces14,15. Derfor, en generel fabrikation metode af nanoelectrodes med fremragende reproducerbarhed er bydende nødvendigt at lette elektrokemiske udforskning af de iboende egenskaber af enkelt nanopartikler.

For nylig, nanopore teknikken er blevet udviklet som en elegant og etiket-fri tilgang til enkelt molekyle analyse16,17,18,19,20. På grund af dens styrbar fabrikation giver nanopipette et nanoskala indespærring, med ensartet diameter spænder fra 30-200 nm af en laser kapillær puller21,22,23,24 . Desuden, denne simple og reproducerbare fabrikation procedure sikrer generalisering af nanopipette. Vi foreslog for nylig, en trådløs nanopore elektrode (WNE), som ikke kræver forsegling af en metaltråd inde i nanopipette. Gennem en letkøbt og reproducerbare opdigte oparbejde besidder WNE en nanoskala metal deposition inden for nanopipette til at danne en electroactive grænseflade25,26,27,28 . Da WNE besidder en veldefineret struktur og ensartede morfologi af dens indespærringer, opnår det høje aktuelle opløsning samt lav modstand-kapacitans (RC) tid konstant til at udføre høj tidsmæssige opløsning. Vi har tidligere rapporteret to typer af WNEs, åbne- og lukket-type, for at realisere enhed analyse. Open-type WNE beskæftiger et nanometallets lag deponeret på indersiden af en nanopipette, der konverterer den faradic strøm på en enkelt enhed til den ioniske aktuelle svar26. Normalt, en open-type WNE diameter er omkring 100 nm. Til yderligere fald diameteren af WNE, præsenterede vi lukket type WNE, hvor en solid metal nanotip fuldt ud indtager nanopipette spidsen gennem en kemisk-elektrokemiske tilgang. Denne metode kan hurtigt generere en 30 nm guld nanotip inde i en nanopore indespærring. De veldefinerede interface på området tip af en lukket type WNE sikrer en høj signal-støj-forholdet for elektrokemiske målinger af enkelt nanopartikler. Som en opladet guld nanopartikel kolliderer med lukket type WNE, inducerer en ultrahurtig opladning-afladning proces på grænsefladen tip en kapacitiv feedback respons (CFR) i den ioniske aktuelle spor. Sammenlignet med en tidligere enkelt nanopartikel kollision undersøgelse via en nanoelectrode med metal wire inde29, viste lukket type WNE en højere aktuelle opløsning 0,6 pA ± 0,1 pA (RMS) og højere tidsmæssige opløsning af 0,01 ms.

Heri, beskriver vi en detaljeret fabrikation procedure for en lukket type WNE, der har meget kontrolleret dimensioner og fremragende reproducerbarhed. I denne protokol, en simpel reaktion mellem AuCl4- og BH4- er designet til at generere en guld nanotip, der helt blokerer blænde af en nanopipette. Derefter, bipolar elektrokemi er vedtaget for fortsat vækst af en guld nanotip, der når længden af flere mikrometer inde i nanopipette. Denne enkle procedure giver mulighed for gennemførelsen af denne nanoelectrode fabrikation, som kan udføres i alle almen kemi laboratorier uden et værelse og dyrt udstyr. For at bestemme størrelse, morfologi og indre struktur af en lukket type WNE, indeholder denne protokol en detaljeret karakterisering procedure med brug af en scanning elektron mikroskop (SEM) og fluorescens spektroskopi. Et nyligt eksempel er fremhævet, som direkte måler de iboende og dynamisk samspil af guld nanopartikler (AuNPs) kolliderede mod nanointerface af en lukket type WNE. Vi mener, at den lukkede type WNE kan bane en ny vej for fremtidige elektrokemiske undersøgelser af levende celler, nanomaterialer og sensorer på enkelt-enhed niveauer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. forberedelse af løsninger

Bemærk: Vær opmærksom generelle sikkerhedsforanstaltninger for alle kemikalier. Bortskaffe kemikalier i et stinkskab, og bære handsker, beskyttelsesbriller og en lab coat. Hold brandfarlige væsker fra ild eller gnister. Alle vandige opløsninger var tilberedes ultrarent vand (18.2 MΩ cm ved 25 ° C). De forberedte løsninger blev filtreret ved hjælp af et 0,22 μm porestørrelse filter.

  1. Forberedelse af KCl løsning
    1. Opløse 0.074 g kaliumchlorid i 100 mL deioniseret vand.
  2. Forberedelse af Kristian4 løsning
    1. Opløse 0,018 g natriumborhydrid i 10 mL ethanol.
  3. Forberedelse af HAuCl4 løsning
    1. 0.010 g kalium klorid i 1 mL af 1% chloroauric syre opløses.
  4. Forberedelse af silikonegummi
    1. Bland silikonegummi indeholdende del A og delB (Se Tabel af materialer) i forholdet 1:1 volumenprocent.
    2. Brug blandet silikonegummi til at male en reaktion område på diaset umiddelbart under pot tidspunktet for 1 min.
    3. Helbrede rede silikonegummi på diaset i 5 min.
  5. Forberedelse af guld nanopartikler30
    1. Tilføje 4,8 mL af chloroauric syre med en masse brøkdel af 1% i 40 mL deioniseret vand under kraftig omrøring.
    2. Varme løsning til en byld.
    3. Hurtigt tilføje 10 mL af en Trinatriumcitrat løsning med en masse brøkdel af 1% i løsningen.
    4. Varme løsning for en yderligere 15 min. indtil den endelige løsning er røde i farven.
      Bemærk: I vores tilfælde, chloroauric syre blev hurtigt reduceret af Trinatriumcitrat, og det blev observeret, at løsningen hurtigt ændret fra clear-gul til mørk-sort.

2. forberedelse af eksperimentel opsætning

  1. Forberedelse af aktuelle målesystem
    1. Tænd det aktuelle målesystem indeholdende den nuværende forstærker (Se Tabel af materialer) og støjsvage dataoptegningssystem (Se Tabel af materialer)
    2. Tænd spænding-clamp-tilstand.
    3. Angive båndbredden, filter til 10 kHz og sampling rate til 100 kHz.
    4. Samle en selvstændig designet specifikke hjemmelavet kobber bur for at skjold ekstern støj for eksperimenterende celler og forforstærker på den inverterede mikroskop (Se Tabel af materialer).
    5. Jorden skallen af Faraday bur, skaller af forstærker og omvendt mikroskop system.
  2. Opsætning af mørke-felt detection system
    1. Generation af den guld nanotip inde i nanopipette overvåges af mørke - felt mikroskop.
      Bemærk: En inverteret mikroskop system (Se Tabel af materialer) bruges til at tage billeder og scatter spektre. En sand-farve digital CCD kamera er ansat til at tage billeder af nanopipette og nanopore elektroden. En mørk-felt kondensator [numerisk blænde (NA) = 0,8-0,95)] er udnyttet til at danne en mørk-felt belysning. 10 X (NA = 0,3), 20 X (NA = 0,45), og 40 X (NA = 0,6) mål bruges til at indsamle billeder af den lukkede type WNE. Registrering af fluorescens bruges til yderligere Kontroller, om der er huller mellem den nanotip og den indre væg af nanopipette. Dette eksperiment udføres af en anden EMCCD (Se Tabel af materialer) også integreret på den inverterede mikroskop, og excitation-lyset er indbygget kviksølv lampe med et båndpas filter af 450-490 nm.

3. fabrikation af lukket Type WNE

  1. Fabrikation af nanopipettes
    1. Sætte kvarts kapillærer (Se Tabel af materialer) i en 15 mL centrifugeglas fyldt med acetone i 10 min af ultralyd rengøring.
    2. Hæld acetone, hvorefter der tilsættes ethanol i den samme centrifugerør.
    3. Sætte centrifugeglasset i en ultralydsrenser til 10 min på rengøring.
    4. Sætte kapillærerne i en anden 15 mL-centrifugerør med deioniseret vand til fjernelse af ethanol, med 10 min af ultralyd rengøring.
    5. Løbende ultralyd ren kapillærer tre gange med deioniseret vand for at fjerne de resterende ethanol.
    6. Tørre kapillærerne ved hjælp af en nitrogen gasstrøm.
    7. Holde kapillærerne i en ny, ren centrifugeglas.
    8. Tænde CO2 laser puller (Se Tabel af materialer)
    9. Forvarm aftrækker for 15-20 min til at sikre en stabil laser power.
    10. Installere den rensede kapillær i puller.
    11. Angiv de trække parametre af varme, glødetråd, hastighed, forsinkelse og trække kraft på panelet af CO2 laser aftrækker for en bestemt diameter. Den detaljerede parameter for at trække en 30 nm diameter nanopipette i denne protokol er vist i tabel 1 (figur 1).
    12. Lave den forberedte nanopipette på en petriskål med genanvendelige limen (Se Tabel af materialer) for yderligere karakterisering.
  2. Fabrikation af lukket type WNE
    1. Injiceres 10 μl af den forberedte HAuCl4 løsning ind i nanopipette med en microloader.
    2. Der centrifugeres nanopipette i 5 min på omkring 1878 x g til fjernelse af luftbobler i nanopipette.
      Bemærk: For dette trin, vi placeret i nanopipette med spidsen nedad i en hjemmelavet indehaveren inden for en 2 mL-centrifugerør.
    3. Lave nanopipette på en coverslip med rede silikonegummi (Se trin 1.4) og definere området inde i nanopipette som "SNG" side og udenfor som "trans" side.
    4. Vent 5 min., indtil gummi er helbredt.
    5. Sætte den integrerede ensemble på tabellen objektiv af den omvendt mikroskop.
    6. Tænde og justere den mørke-felt belysning for at fokusere nanopipette tip under en 10 X mikroskop mål.
    7. Ændring 20 X og 40 X mål for en højere spatial opløsning.
    8. Anbring et Ag/AgCl-elektrode inde i nanopipette.
    9. Placer den anden jordet Ag/AgCl-elektrode i trans -side.
    10. Tilslut et par af Ag/AgCl elektroder til pre-forstærker.
    11. Tænd det aktuelle målesystem og den tilsvarende software (Se Tabel af materialer) til Ioniske nuværende optagelse.
    12. Angiv den anvendte potentiale til 300 mV.
    13. Langsomt tilføje 150 μl af Kristian4 løsning i trans -side til at udløse reaktion mellem HAuCl4 og Kristian4 (figur 2).
      Bemærk: Reduktion af Kristian4 i vandig opløsning finder sted på en voldelig reaktionshastigheden. Derfor, generation af H2 fra reduktion af Kristian4 kan fremkalde en defekt struktur af nanotip af generation af hulrum under guld nanotip vækst.
    14. Samtidig, elektrisk og optisk optage den aktuelle spor og feltet mørke billede/spredning spectra ved hjælp af de aktuelle måling og mørke-felt detektionssystemer (figur 3).
      Bemærk: Ethanol løsning er flygtige under mørke-felt belysning. Være opmærksom på omfanget af ethanol under fabrikationsproces.
    15. Slukke den anvendte potentiale efter ionisk nuværende sporing tilbage til 0 pA.
    16. Vaske den forberedte lukket type WNE med strømmende deioniseret vand fra bunden til spidsen.
  3. Karakterisering af lukket type WNE
    1. Karakterisere lukket type WNE med en scanning elektron mikroskop (SEM), som er en generel metode til karakterisering af nanopipettes22,31,32,33,34 .
    2. Brug en calcium ion fluorescerende eksperiment til at kontrollere betingelsen forsegling af den guld nanotip inde i nanopipette.
      1. Tilføre cis siden af den lukkede type WNE og Fluo-8 løsning i trans side 10 μL CaCl2 løsning.
      2. Ag/AgCl elektroderne tilsluttes headstage.
    3. Anvende en 400 mV bias potentielle og bruge EMCCD (Se Tabel af materialer) at overvåge fluorescens svar på området tip. Bruge fokus ioner beam (FIB) til at forme den lukkede type WNE fra spids til bunden, så bestemme længden af indvendige metal lag eller nanotip med SEM karakterisering.
  4. Enkelt nanopartikel kollision med lukket type WNE
    1. Ændre løsningen i trans og cis siderne til en KCl løsning efter fabrikation af den lukkede type WNE.
    2. Overføre 50 μL af 30 nm guld nanopartikel løsning til trans -side. Optage de aktuelle signal enkelt nanopartikel kollision arrangementer på et potentiale på 300 mV (figur 5).
    3. Ændre den anvendte spænding for at overvåge frekvens, amplitude og figur ændring af den nuværende signal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Vi demonstrere en letkøbt tilgang for at fabrikere en veldefineret 30 nm trådløse nanopore elektrode baseret på et quartz konisk nanopipette. Fabrikation af en nanopipette er vist i figur 1, som omfatter tre hovedtrin. En microcapillary med en indre diameter på 0,5 mm og udvendig diameter 1.0 mm er rettet i puller, så en laser er fokuseret på midten af kapillar at smelte kvarts. Ved at anvende styrker kapillar terminaler, det endelig adskiller og danner to dele med nanoskala konisk tips. De trækker parametre findes i tabel 1 for opdigte 30 nm nanopipettes i vores lab. Det skal bemærkes, at parametrene kan variere fra forskellige laser aftrækkere. Eksperimentatorer bør justere parametrene efter laser power, temperatur og fugtighed. Efter fabrikation, er SEM karakterisering forpligtet til at kontrollere den sande diameter af nanopipette.

Figur 2 viser proceduren til at generere en guld nanotip inde nanopipette spidsen efter trække processen. Først, AuCl4- inde i nanopipette er konsekvent reduceret med BH4- til at generere en guld nanotip indtil åbningen af nanopipettes er helt blokeret. Derefter, den bipolare elektrokemi fremmer yderligere vækst af den guld nanotip. Vi brugte en in situ karakterisering systemet til at overvåge fabrikationsproces af den lukkede type WNE ved samtidige optagelse af de aktuelle svar og mørke-feltet billeder (figur 3). Hvad angår SEM karakterisering viser figur 4 ovenfra SEM billeder af nøgne nanopipette og lukket type WNE. Efter FIB opdeling, giver en side se SEM billede morfologi af den guld nanotip inde i den lukkede type WNE. I single-nanopartikel kollision eksperimenter føjes de guld nanopartikler til trans side af WNE. Fremragende støj udførelsen af denne CNE afdækker de skjulte signaler med et højt signal frekvens (figur 5).

Figure 1
Figur 1: fabrikation af nanopipettes. Proceduren for fabrikation er som følger: trin 1) installere en microcapillary i en laser puller; trin 2) varme midten af kapillar med en CO2 laser og anvende kraft i enderne af kapillar at trække det; og trin 3) kapillar tilspidset ned og adskiller i to symmetriske nanopipettes i adskillige sekunder. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: fabrikation af den lukkede type WNE. Trin 1) HAuCl4 og Kristian4 løsninger er tilføjet til cis og trans siderne af nanopipette, henholdsvis. AuCl4- er reduceret med BH4- til at generere guld på nanopipette blænde. Trin 2) når blænde er blokeret af genererede guld, bipolar elektrokemiske reaktionen foregår med anvendt potentialet for yderligere vækst i den guld nanotip. Trin 3) A lukket type WNE er endelig fremstillet med en mikrometer-længde guld nanotip. Dette tal er blevet ændret med tilladelse fra tidligere arbejde25. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: samtidige elektrisk overvågning og spredning optagelse under lukket type WNE fabrikation. (A) efter tilsætning af Kristian4 i trans side af nanopipette, nuværende dråber straks fra 0 pA. Derefter, det nuværende trace oplever en hurtig overgang skabelsen af guld. Efter ~ 150 s, nuværende vender tilbage til 0 pA, demonstrerer fuldstændig blokering af nanopipette. (B) mørk-feltet billeder under WNE fabrikation på tilsvarende timepoints af 0 Sørensen, 10 s, 100 s og 150 s. Dette tal er blevet ændret med tilladelse fra tidligere arbejde25. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: SEM beskrivelser af nanopipette og lukket type WNE. (A) Top view SEM billede af en trak nanopipette med en diameter på 30 nm. (B) Top view SEM billede af en lukket type WNE med en diameter på 30 nm. (C) Side se SEM billede af en lukket type WNE efter FIB opdeling fra spidsen til bagsiden af nanopipette. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: enkelt nanopartikel kollisions med en lukket type WNE. (A) 30 nm guld nanopartikler er føjet til trans side løsning. Et par af Ag/AgCl elektroder er ansat til at anvende en bias potentiale af 300 mV. Indsæt: en typisk spike signal af 30 nm guld nanopartikel kollision. (B) nuværende spor uden nanopartikler og efter tilsætning af 30 nm guld nanopartikler i trans side af den lukkede type WNE. Dette tal er blevet ændret med tilladelse fra tidligere arbejde25. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Fabrikation af en veldefineret nanopipette er det første skridt i lukket type WNE opdigte oparbejde. Ved at fokusere en CO2 laser på midten af kapillar, adskiller en kapillær i to symmetriske nanopipettes med nanoskala konisk tips. Diameteren er let kontrolleres, lige fra 30-200 nm, ved at justere parametrene for laser puller. Det bemærkes, at parametrene for trække kan variere for forskellige pipette aftrækkere. Miljømæssige temperatur og fugtighed kan også påvirke den endelige diameter af nanopipette.

Efter fabrikation af nanopipette genererer en kemisk reaktion i fast nanotip inde i nanopipette. I denne protokol, er en guld nanotip dannet ved reduktion af HAuCl4; andre metal nanotips kan fremstilles ved at designe tilsvarende reaktioner. Efter fuldstændig blokering af nanopipette spidsen fremmer den elektrokemiske polarisering af den genererede guld nanotip sin yderligere vækst ifølge bipolar elektrokemi. En in situ elektro-optiske karakterisering systemet opbygges derefter for at opnå samtidige optagelser af det aktuelle spor og optisk oplysninger under vækstprocessen af den guld nanotip.

Til karakterisering hjælper calcium ion fluorescens registrering kontrollere om kløften er genereret mellem indersiden af pipetten og den guld nanotip. For en veldefineret lukket type WNE bør området tip altid mørke i fluorescens billede. Også, SEM kan bruges til at karakterisere både nanopipette og lukket type WNE. FIB kan anvendes til at forme langs dæksiden af den lukkede type WNE at udsætte indre metal for den efterfølgende SEM billeddannelse. Derfor kan Luk-type WNE længde og indvendige struktur bestemmes. Efter sin karakterisering er velforberedt lukket type WNE i stand til at blive brugt til yderligere programmer.

Denne protokol for lukket type WNE baner en ny sti for elektrokemiske målinger af enkelt nanopartikler med høj reproducerbarhed. Men der er stadig nogle udfordringer og begrænsninger i denne opdigte oparbejde. Den første begrænsning indebærer diameteren af nanopipette spidsen. Teoretisk, når spidsen diameter falder til en enkelt-molekyle størrelse, den aktuelle opløsning kan dramatisk forbedres. Men det er udfordrende for at trække en nanopipette med en diameter på under 30 nm med den eksisterende trække strategi.

Potentialet i denne lukket type WNE protokol kan udvides til praktiske anvendelser i nanosensing. Ved at integrere traditionelle nanoelectrodes med en scanning elektrokemiske mikroskop, kan lukket type WNE afsløre dynamisk elektrokemiske kortlægning for nogle særlige 2-D/3-3-d nanomaterialer. Desuden, plasmonic resonans spredning af den guld nanotip kan bruges til at samtidig registrerer overførselsprocessen elektron af både elektriske udlæsning og optisk registrering. I kraft af dets geometriske egenskaber, er lukket type WNE med en konisk nanotip velegnet til cellulære analyse med lav mekaniske skader.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer ingen interessekonflikter.

Acknowledgments

Denne forskning blev støttet af National Natural Science Foundation of China (61871183,21834001), Innovation Program af Shanghai Municipal uddannelse Kommissionen (2017-01-07-00-02-E00023), "Chen Guang" projekt fra Shanghai Municipal uddannelse Kommissionen og Shanghai uddannelse Development Foundation (17CG 27).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetone Sigma-Aldrich 650501 Highly flammable and volatile
Analytical balance Mettler Toledo ME104E
Axopatch 200B amplifier Molecular Devices
Blu-Tack reusable adhesive Bostik
Centrifuge tube Corning Inc. Centrifuge Tubes with CentriStar Cap, 15 ml
Chloroauric acid Energy Chemical E0601760010 HAuCl4
Clampfit 10.4 software Molecular Devices
Digidata 1550A digitizer Molecular Devices
DS Fi1c true-color CCD camera Nikon
Ecoflex 5 Addtion cure silicone rubber Smooth-On 17050377
Eppendorf Reference 2 pipettes Eppendorf 492000904 10, 100 and 1000 µL
Ethanol Sigma-Aldrich 24102 Highly flammable and volatile
Faraday cage Copper
iXon 888 EMCCD Andor
Microcentrifuge tubes Axygen Scientific 0.6, 1.5 and 2.0 mL
Microloader Eppendorf 5242 956.003 20 µL
Microscope Cover Glass Fisher Scientific LOT 16938 20 mm*60 mm-1 mm thick
Milli-Q water purifier Millipore SIMS00000 Denton Electron Beam Evaporator
P-2000 laser puller Sutter Instrument
Pipette tips Axygen Scientific 10, 200 and 1,000 µL
Potassium chloride,+D25+A2:F2+A2:F25 Sigma Aldrich P9333-500G KCl
Quartz pipettes Sutter QF100-50-7.5 O.D.:1.0 mm, I.D.:0.5 mm, 75 mm length
Refrigerator Siemens
Silicone thinner Smooth-On 1506330
Silver wire Alfa Aesar 11466
Sodium borohydride, Tianlian Chem. Tech. 71320 NaBH4
Ti-U inverted dark-field microscope Nikon

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Vajda, S., et al. Subnanometre platinum clusters as highly active and selective catalysts for the oxidative dehydrogenation of propane. Nature Materials. 8 (3), 213-216 (2009).
  2. Liu, G. L., Long, Y. T., Choi, Y., Kang, T., Lee, L. P. Quantized plasmon quenching dips nanospectroscopy via plasmon resonance energy transfer. Nature Methods. 4 (12), 1015-1017 (2007).
  3. Hu, J. S., et al. Mass production and high photocatalytic activity of ZnS nanoporous nanoparticles. Angewandte Chemie International Edtion. 44 (8), 1269-1273 (2005).
  4. Martinez, B., Obradors, X., Balcells, L., Rouanet, A., Monty, C. Low temperature surface spin-glass transition in γ-Fe 2 O 3 nanoparticles. Physical Review Letters. 80 (1), 181 (1998).
  5. Fang, Y., et al. Plasmonic Imaging of Electrochemical Reactions of Single Nanoparticles. Accounts of Chemical Research. 49 (11), 2614-2624 (2016).
  6. Mirkin, M. V., Sun, T., Yu, Y., Zhou, M. Electrochemistry at One Nanoparticle. Accounts of Chemical Research. 49 (10), 2328-2335 (2016).
  7. Murray, R. W. Nanoelectrochemistry: metal nanoparticles, nanoelectrodes, and nanopores. Chemical Reviews. 108 (7), 2688-2720 (2008).
  8. Anderson, T. J., Zhang, B. Single-Nanoparticle Electrochemistry through Immobilization and Collision. Accounts of Chemical Research. 49 (11), 2625-2631 (2016).
  9. Fu, K., Bohn, P. W. Nanopore Electrochemistry: A Nexus for Molecular Control of Electron Transfer Reactions. ACS Central Science. 4 (1), 20-29 (2018).
  10. Zaino, L. P., Ma, C., Bohn, P. W. Nanopore-enabled electrode arrays and ensembles. Microchimica Acta. 183 (3), 1019-1032 (2016).
  11. Katemann, B. B., Schuhmann, W. Fabrication and Characterization of Needle-Type. Electroanalysis. 14 (1), 22-28 (2002).
  12. Penner, R. M., Heben, M. J., Longin, T. L., Lewis, N. S. Fabrication and use of nanometer-sized electrodes in electrochemistry. Science. 250 (4984), 1118-1121 (1990).
  13. Watkins, J. J., et al. Zeptomole voltammetric detection and electron-transfer rate measurements using platinum electrodes of nanometer dimensions. Analytical Chemistry. 75 (16), 3962-3971 (2003).
  14. Liu, Y., Li, M., Zhang, F., Zhu, A., Shi, G. Development of Au Disk Nanoelectrode Down to 3 nm in Radius for Detection of Dopamine Release from a Single Cell. Analytical Chemistry. 87 (11), 5531-5538 (2015).
  15. Li, Y., Bergman, D., Zhang, B. Preparation and electrochemical response of 1-3 nm Pt disk electrodes. Analytical Chemistry. 81 (13), 5496-5502 (2009).
  16. Kasianowicz, J. J., Brandin, E., Branton, D., Deamer, D. W. Characterization of individual polynucleotide molecules using a membrane channel. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93 (24), 13770-13773 (1996).
  17. Cao, C., et al. Discrimination of oligonucleotides of different lengths with a wild-type aerolysin nanopore. Nature Nanotechnology. 11 (8), 713-718 (2016).
  18. Cao, C., Long, Y. -T. Biological Nanopores: Confined Spaces for Electrochemical Single-Molecule Analysis. Accounts of Chemical Research. 51 (2), 331-341 (2018).
  19. Sha, J. J., Si, W., Xu, W., Zou, Y. R., Chen, Y. F. Glass capillary nanopore for single molecule detection. Science China-Technological Sciences. 58 (5), 803-812 (2015).
  20. Ying, Y. L., Zhang, J., Gao, R., Long, Y. T. Nanopore-based sequencing and detection of nucleic acids. Angewandte Chemie International Edition. 52 (50), 13154-13161 (2013).
  21. Lan, W. J., Holden, D. A., Zhang, B., White, H. S. Nanoparticle transport in conical-shaped nanopores. Analytical Chemistry. 83 (10), 3840-3847 (2011).
  22. Karhanek, M., Kemp, J. T., Pourmand, N., Davis, R. W., Webb, C. D. Single DNA molecule detection using nanopipettes and nanoparticles. Nano Letters. 5 (2), 403-407 (2005).
  23. Morris, C. A., Friedman, A. K., Baker, L. A. Applications of nanopipettes in the analytical sciences. Analyst. 135 (9), 2190-2202 (2010).
  24. Yu, R. -J., Ying, Y. -L., Gao, R., Long, Y. -T. Confined Nanopipette Sensing: From Single Molecules, Single Nanoparticles to Single Cells. Angewandte Chemie Interntaional Edition. , (2018).
  25. Gao, R., et al. A 30 nm Nanopore Electrode: Facile Fabrication and Direct Insights into the Intrinsic Feature of Single Nanoparticle Collisions. Angewandte Chemie Interntaional Edition. 57 (4), 1011-1015 (2018).
  26. Ying, Y. L., et al. Asymmetric Nanopore Electrode-Based Amplification for Electron Transfer Imaging in Live Cells. Journal of the American Chemical Society. 140 (16), 5385-5392 (2018).
  27. Gao, R., Ying, Y. L., Hu, Y. X., Li, Y. J., Long, Y. T. Wireless Bipolar Nanopore Electrode for Single Small Molecule Detection. Analytical Chemistry. 89 (14), 7382-7387 (2017).
  28. Gao, R., et al. Dynamic Self-Assembly of Homogenous Microcyclic Structures Controlled by a Silver-Coated Nanopore. Small. 13 (25), 1700234-n/a (2017).
  29. Kim, B. K., Kim, J., Bard, A. J. Electrochemistry of a single attoliter emulsion droplet in collisions. Journal of the American Chemical Society. 137 (6), 2343-2349 (2015).
  30. Lee, P. C., Meisel, D. Adsorption and surface-enhanced Raman of dyes on silver and gold sols. Journal of Physical Chemistry. 86 (17), 3391-3395 (1982).
  31. Steinbock, L. J., Otto, O., Chimerel, C., Gornall, J., Keyser, U. F. Detecting DNA folding with nanocapillaries. Nano Letters. 10 (7), 2493-2497 (2010).
  32. Gong, X., et al. Label-free in-flow detection of single DNA molecules using glass nanopipettes. Analytical Chemistry. 86 (1), 835-841 (2013).
  33. Cadinu, P., et al. Double Barrel Nanopores as a New Tool for Controlling Single-Molecule Transport. Nano Letters. 18 (4), 2738-2745 (2018).
  34. Bell, N. A., Keyser, U. F. Digitally encoded DNA nanostructures for multiplexed, single-molecule protein sensing with nanopores. Nature Nanotechnology. 11 (7), 645-651 (2016).

Tags

Kemi sag 145 Nanopore trådløse nanopore elektrode enkelt nanopartikler guld nanopartikler enkelt enhed elektrokemiske begrænset sensing
En lukket Type trådløs Nanopore elektrode til at analysere enkelt nanopartikler
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Gao, R., Cui, L. F., Ruan, L. Q.,… More

Gao, R., Cui, L. F., Ruan, L. Q., Ying, Y. L., Long, Y. T. A Closed-Type Wireless Nanopore Electrode for Analyzing Single Nanoparticles. J. Vis. Exp. (145), e59003, doi:10.3791/59003 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter