Summary
Burada, bir protokol kapalı tip kablosuz nanopore elektrot imalatı ve tek nanopartikül çarpışmalar sonraki elektrokimyasal ölçümü için mevcut.
Abstract
Nanoelectrochemistry tarafından tek nano tanecikleri içsel özelliklerini ölçme derin temel önem taşıyor ve Nanobilim içinde potansiyel etkileri vardır. Algılama nanointerface kontrol edilemez olduğu gibi Ancak, mamüllerinin tek nano tanecikleri analiz, meydan okuyor. Bu sorun adrese, biz burada imalat ve son derece kontrol edilebilir morfoloji ve üstün tekrarlanabilirlik sergileyen bir kapalı tip kablosuz nanopore elektrot (WNE) karakterizasyonu açıklayın. WNE facile imalatı bir genel kimya laboratuvar bir temiz oda ve pahalı ekipman kullanımı olmadan iyi tanımlanmış nanoelectrodes hazırlanması sağlar. Bir uygulama bir 30 0.6 pA yüksek geçerli çözünürlüğü ve 0,01 Bayan eşliğinde mükemmel morfoloji ve küçük tarafından yüksek zamansal çözünürlük gösteren kapalı tip WNE karışımı tek altın nano tanecikleri analiz Ayrıca vurgulanan, nm çapları, kapalı tip WNEs daha fazla potansiyel uygulamalar nanopartikül karakterizasyonu tek molekül/iyon algılama ve tek hücreli problama için genişletilebilir.
Introduction
Nano tanecikleri katalitik yeteneği, belirli optik özellikleri, electroactivity ve yüksek yüzey hacim oranları1,2,3, gibi farklı özellikleri nedeniyle çok büyük ilgisini çekti var 4. tek nano tanecikleri elektrokimyasal karaterizasyon Nano düzeyde içsel kimyasal ve elektrokimyasal süreçleri anlamak için doğrudan bir yöntemdir. Tek nano tanecikleri, son derece hassas ölçümler elde etmek için iki elektrokimyasal yaklaşım daha önce geçerli yanıt-e doğru5,6,7nanopartikül bilgi okumak için uygulandı. Bu yaklaşımdan birini immobilizing veya bireysel bir nanopartikül nanoelectrode electrocatalysis8,9çalışma için arabirimde yakalama içerir. Diğer strateji geçici bir geçerli dalgalanması dinamik Redoks işleminden oluşturur bir elektrot yüzeyi ile tek nanopartikül çarpışma tarafından tahrik edilmektedir.
Bu yöntemlerin her ikisi de tek nano tanecikleri çapını eşleşen bir Nano vericiyi algılama arayüzü gerektirir. Ancak, geleneksel nanoelectrodes imalatı esas olarak mikro-elektromekanik sistemler (MEMS) veya lazer teknikleri, sıkıcı ve undisciplinable10,11,12çekerek dahil etti, 13. Örneğin, MEMS tabanlı imalatı nanoelectrodes pahalı ve büyük üretim ve nanoelectrodes popularization kısıtlayan bir temiz oda kullanımını gerektirir. Öte yandan, nanoelectrodes imalatı çekerek lazer ağır mühürleme ve kılcal damar içinde bir metal tel çekme sırasında bu operatörlerin deneyime dayanmaktadır. Metal tel kılcal iyi mühürlü değilse, nanopipette iç duvar ve tel arasında önemli ölçüde aşırı arka plan geçerli paraziti ve alan algılama electroactive büyütmek. Bu sakıncaları büyük ölçüde nanoelectrode duyarlılığını azaltmak. Öte yandan, bir boşluk varlığını elektrot alanı büyütmek ve nanoelectrode duyarlılığını azaltır. Sonuç olarak, her üretim süreci14,15dakika sonra kontrol edilemeyen elektrot türleri Morfoloji nedeniyle tekrarlanabilir bir performans garanti zordur. Bu nedenle, nanoelectrodes mükemmel tekrarlanabilirlik ile genel imalat yöntemi acilen tek nano tanecikleri içsel özelliklerinden elektrokimyasal keşif kolaylaştırmak için gereklidir.
Son zamanlarda, nanopore teknik tek molekül analiz16,17,18,19,20için zarif ve etiket içermeyen bir yaklaşım olarak geliştirilmiştir. Onun kontrol edilebilir üretim sayesinde nanopipette Nano doğumdan 30-200 nm bir lazer kılcal çektirme21,22,23tarafından,24 arasında Tekdüzen çapında sağlar . Ayrıca, bu basit ve tekrarlanabilir üretim yordamı nanopipette genelleme sağlar. Son zamanlarda, bir kablosuz nanopore elektrot (WNE), hangi does değil istemek bir metal tel nanopipette içinde mühürleme evlenme teklif etti. Facile ve tekrarlanabilir imalat sürecinde WNE Nano metal ifade içinde bir electroactive arabirimi25,26,27,28 oluşturmak için nanopipette sahiptir. . İyi tanımlanmış yapısı ve onun vazgeçiremedi Tekdüzen morfolojisi WNE sahip olduğundan, yüksek geçerli çözünürlüğü yanı sıra düşük direnç-kapasite (RC) zaman sabit yüksek zamansal çözünürlük yerine getirmek için sağlar. Biz daha önce WNEs, açık tipli ve kapalı tip, tek varlık analiz gerçekleştirmek için iki tür bildirdi. Açık tipli WNE tek bir varlık faradik akım iyonik geçerli yanıt-26dönüştürür bir nanopipette iç duvarında tevdi nanometal katman kullanır. Genellikle, bir açık tipli WNE çapı yaklaşık 100 olduğunu nm. WNE çapı daha da azaltmak için içinde bir katı metal nanotip kaplar tamamen kimyasal elektrokimyasal bir yaklaşımla nanopipette ucu kapalı tip WNE sundu. Bu yöntem bir 30 nm altın nanotip nanopore doğumdan içinde hızla oluşturabilirsiniz. Kapalı tip WNE ipucu alanda iyi tanımlanmış arabirim tek nano tanecikleri elektrokimyasal ölçümleri için yüksek sinyal gürültü oranı sağlar. Şarj edilmiş bir altın nanopartikül kapalı tip WNE ile çarpıştığında gibi uç arabirimi ultrafast bir şarj-deşarj süreci iyonik geçerli izleme kapasitif geribildirim yanıt (CFR) neden olmaktadır. Nanoelectrode metal tel29içinde bir önceki tek nanopartikül çarpışma çalışma yolu ile karşılaştırıldığında, kapalı tip WNE 0.6 pA ± 0,1 PA (RMS) geçerli çözünürlüğü daha yüksek ve daha yüksek zamansal Çözünürlük 0,01 MS gösterdi.
Burada, boyutları ve üstün tekrarlanabilirlik son derece kontrollü bir kapalı tip WNE için detaylı imalat yordamı açıklar. Bu iletişim kuralı, AuCl4- ve BH4arasında basit bir tepki içinde- bir nanopipette delik tamamen engelleyen bir altın nanotip oluşturmak için tasarlanmıştır. Sonra iki kutuplu elektrokimya nanopipette içinde birkaç mikrometre uzunluğu ulaştığında bir altın nanotip sürekli büyüme için kabul edilir. Bu basit bir prosedür herhangi bir genel kimya laboratuvar bir temiz oda ve pahalı aletler olmadan yapılabilir Bu nanoelectrode imalat uygulama sağlar. Boyutu, morfoloji ve kapalı tip WNE iç yapısını belirlemek için bu iletişim kuralı bir Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve Floresans spektroskopisi kullanımı ile detaylı karakterizasyonu yordam sağlar. Hangi doğrudan altın nano tanecikleri (AuNPs) kapalı tip WNE nanointerface doğru çarpışması, içsel ve dinamik etkileşimler ölçer bir son örnek vurgulanır. Biz kapalı tip WNE canlı hücreler, Nanomalzemeler ve sensörleri tek varlık düzeylerde gelecekteki elektrokimyasal çalışmaları için yeni bir yol açmak inanıyoruz.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. hazırlanması çözümleri
Not: tüm kimyasallar için genel güvenlik önlemleri dikkat edin. Kimyasal bir duman başlıklı atmayın ve eldiven, gözlük ve önlük giymek. Yanıcı sıvı ateş veya kıvılcım uzak tutmak. Bütün sulu çözümler ultrasaf su (25 ° c 18,2 MΩ cm) kullanılarak hazırlanmıştır. Hazır çözümler 0,22 mikron gözenek boyutu filtre kullanarak filtre uygulanmış.
-
KCl çözüm hazırlanması
- 0,074 g Potasyum klorür 100 ml deiyonize su geçiyoruz.
-
NaBH4 çözüm hazırlanması
- 0,018 g sodyum borhidrür 10 ml etanol geçiyoruz.
-
HAuCl4 çözüm hazırlanması
- 0.010 g Potasyum klorür 1 mL %1 chloroauric asit çözeltisi içinde çözülür.
-
Hazırlanması silikon kauçuk
- Bölüm A ve Kısım B ( Tablo malzemelerigörmek) 1:1 oranında hacimce içeren silikon kauçuk karışımı.
- Karışık silikon kauçuk bir tepki alan slayt, hemen 1 dk pot zaman sırasında boyamak için kullanın.
- Hazırlanan silikon kauçuk 5 min için slayt üzerinde tedavi.
-
Altın nano tanecikleri30 hazırlanması
- Chloroauric asit 4,8 mL % 1'toplu bir kısmını ile 40 mL deiyonize su dinç karıştırma ile içine ekleyin.
- Çözüm kaynatın ısı.
- Hızlı bir şekilde TRISODYUM sitrat çözüm 10 mL % 1'toplu bir kısmını ile çözüm içine ekleyin.
- Ek bir 15dk için çözüm ısı kadar nihai çözüm renk kırmızıdır.
Not: bizim durumumuzda, chloroauric asit solüsyonu hızla TRISODYUM sitrat tarafından düşürüldü ve çözüm hızla açık sarıdan değişti gözlendi karanlık-siyah için.
2. deneysel Kur hazırlanması
-
Geçerli ölçüm sistemi hazırlanması
- Geçerli amplifikatör içeren geçerli ölçüm sisteminin ( Tablo malzemelerigörmek) ve düşük gürültü veri Koordinat Belirleme Sistemi ( Tablo malzemelerigörmek)
- Gerilim Tipi Kelepçe moduna geçmek.
- Filtre bant genişliği 10 kHz ve örnekleme oranı 100 kHz için ayarlayın.
- Deneysel hücreleri ve ters mikroskop Tarih öncesi amplifikatör için dış gürültü kalkan bir kendi kendini tasarlanmış özel ev yapımı bakır kafes monte ( Tablo malzemelerigörmek).
- Zemin Faraday kafesi kabuk, amplifikatör ve ters mikroskop sistem kabukları.
-
Karanlık-alan algılama sistemi kurulumu
- Nanopipette içinde altın nanotip nesil karanlık - alan mikroskop tarafından izlenir.
Not: Bir ters mikroskop sistemi ( Tablo malzemelerigörmek) görüntüleri ve dağılım spectra almak için kullanılır. Bir gerçek renkli CCD kamera nanopipette ve nanopore elektrot görüntülerini çekmek için istihdam edilmektedir. Bir karanlık-alan kondansatör [sayısal diyafram (NA) = 0.8-0,95)] karanlık alan aydınlatma oluşturmak için kullanılmaktadır. 10 X (NA 0,3 =), 20 X (NA 0.45 =) ve 40 X (NA 0.6 =) hedefleri kapalı tip WNE görüntülerini toplamak için kullanılır. Floresans algılama daha da nanotip ve nanopipette, iç duvar arasındaki boşlukları olup olmadığını doğrulamak için kullanılır. Bu deney başka bir tarafından gerçekleştirilir EMCCD da ters mikroskobunun entegre ( Tablo malzemelerigörmek) ve uyarma ışık bant geçiren Filtre 450 – 490 nm ile yapılı-içinde cıva lamba.
- Nanopipette içinde altın nanotip nesil karanlık - alan mikroskop tarafından izlenir.
3. kapalı tip WNE imalatı
-
Nanopipettes imalatı
- (Bkz. Tablo reçetesi) kuvars kılcal 10 dk ultrasonik temizlik aseton dolu 15 mL santrifüj tüpü koymak.
- Aseton dökün, sonra aynı santrifüj tüpüne etanol ekleyin.
- Ultrasonik temizleyici temizlik 10 dk santrifüj tüpü yerleştirin.
- Başka bir 15 mL santrifüj tüpü 10 dk ultrasonik Temizleme ile etanol çıkarılması için deiyonize su ile kılcal koyun.
- Sürekli ultrasonik temiz su kalan etanol kaldırmak için üç kez ile kılcal deiyonize.
- Azot gaz akışı kullanarak kılcal kuru.
- Kılcal bir yeni, temiz santrifüj tüpü tutun.
- CO2 lazer çektirme üzerinde açmak ( Tablo malzemelerigörmek)
- Çektirme sabit lazer güç sağlamak 15-20 dakika Onceden.
- Temizlenmiş kılcal çektirme yükleyin.
- Isı, filament, hızı, gecikme ve CO2 lazer çektirme belirli bir çapları için panelde güç çekmek çekme parametrelerini ayarlamak. Bu protokol için 30 nm çapında nanopipette çekerek için detaylı parametre Tablo 1 ' de (şekil 1) gösterilir.
- Hazır nanopipette bir petri yeniden kullanılabilir yapıştırıcı ile düzeltmek ( Tablo malzemelerigörmek) için daha fazla alan nitelik özellikleri.
-
İmalatı kapalı tip WNE
- Hazır HAuCl4 çözüm 10 μL bir microloader ile nanopipette enjekte.
- Nanopipette civarında 1878 x g nanopipette hava kabarcıkları kaldırılması için de 5 dk santrifüj kapasitesi.
Not: Bu adımda, biz nanopipette ucu 2 mL santrifüj tüpü içinde ev yapımı bir tutucu içine aşağı bakacak şekilde yerleştirilir. - Nanopipette bir coverslip üzerinde hazırlanan silikon kauçuk ile düzeltmek (bkz. Adım 1.4) ve nanopipette içindeki alan "CIS" yan tanımlamak ve dışarıda "trans" yan olarak.
- Kauçuk tedavi kadar 5 dk bekleyin.
- Entegre ensemble ters mikroskop objektif masanın üstüne koy.
- Açmak ve nanopipette ipucu 10 X mikroskop objektif altında focus için karanlık alan aydınlatma ayarlayın.
- 20 X ve daha yüksek Uzaysal çözünürlük için 40 X hedefleri için değiştirin.
- Bir Ag/AgCl elektrot nanopipette içine yerleştirin.
- Diğer topraklı Ag/AgCl elektrot trans yan içine yerleştirin.
- Ag/AgCl elektrotlar bir çift ön amplifikatör bağlamak.
- Geçerli ölçüm sistemi ve ilgili yazılım açın (bkz. Tablo reçetesi) iyonik geçerli kayıt için.
- 300'e uygulanan potansiyel ayarla mV.
- Yavaş yavaş NaBH4 çözüm 150 μL tepki HAuCl4 ve NaBH4 (Resim 2) arasında tetiklemek için trans yan içine ekleyin.
Not: NaBH4 ' te sulu çözüm azalma şiddetli tepki hızı gerçekleşir. Bu nedenle, H2 NaBH4 azalma gelen nesil çürük oluşturma sırasında altın nanotip büyüme tarafından kusurlu yapısını nanotip neden olabilir. - Aynı anda, elektrikli ve optik geçerli izleme ve karanlık alanını kaydetmek görüntü / (şekil 3) geçerli ölçüm ve karanlık alan algılama sistemleri kullanarak spectra saçılması.
Not: Etanol karanlık alan aydınlatma altında geçici çözümdür. Üretim işlemi sırasında etanol hacmiyle dikkat edin. - İyonik geçerli geri 0 olarak takip sonra uygulanan potansiyel dön baba.
- Hazırlanan yıkama akan ile kapalı tip WNE deiyonize su alt ucu.
-
Karakterizasyonu kapalı tip WNE
- Kapalı tip WNE bir Taramalı elektron mikroskobu (SEM), ile karakterize olan nanopipettes22,31,32,33,34 karakterizasyonu için genel bir yöntemdir .
- Kalsiyum iyon floresan deney nanopipette içinde altın nanotip sızdırmazlık durumunu doğrulamak için kullanın.
- 10 μL CaCl2 çözüm trans yan kapalı tip WNE ve Fluo-8 çözümde CIS tarafında içine enjekte.
- Ag/AgCl elektrotlar headstage için bağlayın.
- Potansiyel bir 400 mV önyargı uygulayabilir ve EMCCD kullanabilirsiniz (görmek Malzemeler tabloipucu alanda floresan yanıt izlemek için). Alt ucu kapalı tip WNE heykel için odak iyonları kiriş (yalan) kullanın ve ardından iç metal katman veya nanotip SEM karakterizasyonu belirlemek.
-
Kapalı tip WNE ile tek nanopartikül çarpışma
- Trans ve BDT taraf çözümde bir KCl çözüm için kapalı tip WNE imalatı sonra değiştirin.
- 30 nm altın nanopartikül çözüm 50 μL trans yan içine aktarın. 300 potansiyelini tek nanopartikül çarpışma etkinliklerde geçerli sinyal kaydedebilir mV (şekil 5).
- Frekans, genlik ve şekil değişikliği geçerli sinyal izlemek için uygulanan gerilim değiştirin.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Biz bir kuvars konik nanopipette göre iyi tanımlanmış bir 30 nm kablosuz nanopore elektrot imal etmek facile bir yaklaşım göstermek. Bir nanopipette imalatı üç ana adım içeren şekil 1' de gösterilmiştir. Bir microcapillary bir iç çapı 0,5 mm ve 1.0 mm dış çapı ile çektirme içinde sabit sonra bir lazer kılcal kuvars eritmek için merkezi üzerinde odaklanmıştır. Kılcal terminalleri için kuvvet uygulayarak, bu son olarak ayıran ve Nano konik ipuçları ile iki bölümü oluşturur. Çekme parametreleri Tablo 1 ' de 30 nm nanopipettes bizim laboratuarında imalatı için sağlanır. Bu parametreler farklı lazer Elcikler değişebilir olması gerekmektedir. Denemecileri parametrelere göre lazer gücü, sıcaklık ve nem oranı ayarlamak gerekir. İmalat sonra SEM karakterizasyonu nanopipette doğru çapını doğrulamak için gereklidir.
Şekil 2 bir altın nanotip nanopipette ipucu içinde çekme işleminden sonra oluşturma yordamı gösterir. İlk olarak, AuCl4- nanopipette içinde sürekli olarak nanopipettes açılışı tam olarak bloke kadar bir altın nanotip oluşturmak için BH4tarafından- azalır. Sonra iki kutuplu elektrokimya altın nanotip daha da büyümesini destekler. Situ karakterizasyon sistemi kapalı tip WNE imalat sürecinin geçerli yanıt ve karanlık alan görüntüler (şekil 3) aynı anda kayıt tarafından izlemek için kullanılır. SEM karakterizasyonu gelince şekil 4 çıplak nanopipette ve kapalı tip WNE üstten görünüm SEM görüntüleri gösterir. Bölme FIB sonra bir tarafındaki Görünüm SEM görüntü kapalı tip WNE içinde altın nanotip morfolojisi sağlar. Tek-nanopartikül çarpışma deneylerde altın nano tanecikleri WNE trans tarafına eklenir. Bu CNE üstün ses performansı yüksek sinyal frekans (şekil 5) ile gizli sinyalleri ortaya çıkarır.
Şekil 1: nanopipettes imalatı. İmalat için prosedür aşağıdaki gibidir: 1. adım) bir microcapillary bir lazer çektirmenin; yüklemek 2. adım) CO2 lazer ile kılcal orta ısı ve çekin; kılcal ucundaki güç uygulayarak ve adım 3) kılcal aşağı incelir ve birkaç saniye içinde iki simetrik nanopipettes ayırır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 2: kapalı tip WNE imalatı. Adım 1) HAuCl4 ve NaBH4 çözümler nanopipette, CIS ve trans taraf için sırasıyla eklenir. AuCl4- altın nanopipette delik oluşturmak için BH4- tarafından azaltılır. 2. adım) delik tarafından oluşturulan altın bloke sonra iki kutuplu elektrokimyasal reaksiyon altın nanotip daha da büyümesi için uygulanan potansiyeli ile gerçekleşir. 3. adım) A kapalı tip WNE sonunda bir mikrometre uzunluğuyla fabrikasyon altın nanotip. Bu rakam, önceki çalışma25izni ile değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3: eşzamanlı elektrik izleme ve saçılma kayıt kapalı tip WNE imalat sırasında. (A) NaBH4 nanopipette trans tarafındaki eklenmesinden sonra geçerli damla hemen 0 ile baba. O zaman, geçerli izleme altın nesil nedeniyle hızlı bir geçiş deneyimleri. ~ 150 sonra s, geçerli tam nanopipette tıkanması gösteren 0 pA için döndürür. Karşılık gelen timepoints, WNE imalatı 0 sırasında (B) karanlık alanlı görüntüler s, 10 s, 100 ve 150 s s. Bu rakam, önceki çalışma25izni ile değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4: SEM karakterizasyonu nanopipette ve kapalı tip WNE. (A) çekti nanopipette üstten görünüm SEM görüntü ile bir çap 30 nm. (B) üstten görünüm SEM görüntü kapalı tip WNE çapında 30 nm. (C) yan görünümü SEM görüntüsü FIB ucundan nanopipette arkasına doğru bölme sonra kapalı tip WNE. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5: tek nanopartikül çarpışma algılama ile kapalı tip WNE. (A) 30 nm altın nano tanecikleri trans yan çözüm için eklenir. Ag/AgCl elektrotlar bir çift 300 önyargı potansiyelini uygulamak için istihdam edilmektedir mV. Ekleme: 30 nm altın nanopartikül çarpışma bir tipik Başak sinyal. (B) bir geçerli izleme nano tanecikleri olmadan ve sonra kapalı tip WNE trans tarafındaki 30 nm altın nano tanecikleri eklenmesi. Bu rakam, önceki çalışma25izni ile değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
İyi tanımlanmış bir nanopipette imalatı kapalı tip WNE imalat işleminin ilk adımdır. CO2 lazer kılcal ortasına üzerine odaklanarak, nano konik ipuçları ile iki simetrik nanopipettes içine bir kılcal ayırır. Çapı kolaylıkla kontrol 30-200 nm, lazer çektirme parametrelerini ayarlayarak değişen. Çekerek için parametreleri için farklı pipet Elcikler değişebilir belirtilmektedir. Ortam sıcaklığı ve nem oranı da nanopipette son çapını etkileyebilir.
Sonra nanopipette imalat, nanopipette içinde katı nanotip kimyasal bir reaksiyon oluşturur. Bu protokol için bir altın nanotip HAuCl4azaltma tarafından oluşturulur; diğer metal nanotips karşılık gelen tepkiler tasarlayarak sahte olduğu. Sonra tam tıkanma nanopipette uç oluşturulan altın nanotip elektrokimyasal kutuplaşma bipolar elektrokimya göre daha da büyümesini teşvik etmektedir. Bir in-situ elektro-optik karakterizasyonu sistemi sonra geçerli izleme ve altın nanotip optik bilgi büyüme sürecinde eşzamanlı kayıtları elde etmek için inşa edilmiştir.
Karakterizasyonu için kalsiyum iyon Floresans algılama boşluğu pipet iç duvar ve altın nanotip arasında oluşturulan doğrulamaya yardımcı olur. İyi tanımlanmış bir kapalı tip WNE için ipucu bölgede floresan görüntü her zaman karanlık olmalı. Ayrıca, SEM nanopipette ve kapalı tip WNE karakterize etmek için kullanılabilir. Yalan ATTIM sonraki SEM görüntüleme için iç metal ortaya çıkarmak için kapalı tip WNE yan boyunca heykel için istihdam edilebilir. Bu nedenle, yakın-tipi WNE uzunluk ve iç yapısını belirlenebilir. Onun karakterizasyonu, iyi hazırlanmış kapalı tip WNE daha fazla uygulamalarda kullanılmak üzere yeteneğine sahiptir.
Kapalı tip WNE için bu protokolü ile yüksek tekrarlanabilirlik tek nano tanecikleri elektrokimyasal ölçümleri için yeni bir yol açıyor. Ancak, hala bazı sorunlar ve sınırlamalar bu üretim süreci vardır. İlk sınırlama nanopipette uç çapı içerir. Ne zaman bir tek molekül boyutuna uç çapı azalır, teorik olarak, geçerli çözünürlüğü büyük ölçüde gelişmiş olabilir. Ancak, çapı 30 yaşın altında olan bir nanopipette çekmeye meydan okuyor nm varolan çekerek stratejisi ile.
Bu kapalı tip WNE Protokolü potansiyelini nanosensing pratik uygulamalar için genişletilebilir. Geleneksel nanoelectrodes tarama elektrokimyasal mikroskopla birleşmeyle, kapalı tip WNE için bazı özel 2-D/3-3-d Nanomalzemeler dinamik elektrokimyasal eşlemenin ortaya çıkarabilir. Ayrıca, altın nanotip Plazmonik rezonans saçılma aynı anda elektron transferi süreci algılama için elektrik okuma ve optik kayıt tarafından kullanılabilir. Geometrik özellikleri sayesinde, konik nanotip ile kapalı tip WNE düşük mekanik hasar ile hücresel analizi için uygundur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar çakışma çıkarlarının bildirin.
Acknowledgments
Bu araştırma Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı Çin (61871183,21834001), yenilik programı, Şangay Belediye Eğitim Komisyonu (2017-01-07-00-02-E00023), Şangay Belediye eğitim "Chen Guang" projesinden tarafından desteklenmiştir Komisyon ve Shanghai Eğitim Geliştirme Vakfı (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 |
References
- 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).
- 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).
- Hu, J. S., et al. Mass production and high photocatalytic activity of ZnS nanoporous nanoparticles. Angewandte Chemie International Edtion. 44 (8), 1269-1273 (2005).
- 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).
- Fang, Y., et al. Plasmonic Imaging of Electrochemical Reactions of Single Nanoparticles. Accounts of Chemical Research. 49 (11), 2614-2624 (2016).
- Mirkin, M. V., Sun, T., Yu, Y., Zhou, M.
- Murray, R. W. Nanoelectrochemistry: metal nanoparticles, nanoelectrodes, and nanopores. Chemical Reviews. 108 (7), 2688-2720 (2008).
- Anderson, T. J., Zhang, B. Single-Nanoparticle Electrochemistry through Immobilization and Collision. Accounts of Chemical Research. 49 (11), 2625-2631 (2016).
- Fu, K., Bohn, P. W. Nanopore Electrochemistry: A Nexus for Molecular Control of Electron Transfer Reactions. ACS Central Science. 4 (1), 20-29 (2018).
- Zaino, L. P., Ma, C., Bohn, P. W. Nanopore-enabled electrode arrays and ensembles. Microchimica Acta. 183 (3), 1019-1032 (2016).
- Katemann, B. B., Schuhmann, W.
- 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).
- 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).
- 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).
- Li, Y., Bergman, D., Zhang, B. Preparation and electrochemical response of 1-3 nm Pt disk electrodes. Analytical Chemistry. 81 (13), 5496-5502 (2009).
- 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).
- Cao, C., et al. Discrimination of oligonucleotides of different lengths with a wild-type aerolysin nanopore. Nature Nanotechnology. 11 (8), 713-718 (2016).
- Cao, C., Long, Y. -T. Biological Nanopores: Confined Spaces for Electrochemical Single-Molecule Analysis. Accounts of Chemical Research. 51 (2), 331-341 (2018).
- 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).
- 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).
- Lan, W. J., Holden, D. A., Zhang, B., White, H. S.
- 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).
- Morris, C. A., Friedman, A. K., Baker, L. A.
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Gao, R., et al. Dynamic Self-Assembly of Homogenous Microcyclic Structures Controlled by a Silver-Coated Nanopore. Small. 13 (25), 1700234-n/a (2017).
- 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).
- 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).
- Steinbock, L. J., Otto, O., Chimerel, C., Gornall, J., Keyser, U. F. Detecting DNA folding with nanocapillaries. Nano Letters. 10 (7), 2493-2497 (2010).
- Gong, X., et al. Label-free in-flow detection of single DNA molecules using glass nanopipettes. Analytical Chemistry. 86 (1), 835-841 (2013).
- Cadinu, P., et al. Double Barrel Nanopores as a New Tool for Controlling Single-Molecule Transport. Nano Letters. 18 (4), 2738-2745 (2018).
- 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).
