La fabricación de nanotubos de carbono de alta frecuencia Nanoelectrónica biosensor para la detección in High Solutions fuerza iónica

Resumen

Se describe la fabricación de dispositivos y un protocolo de medición para biosensores de alta frecuencia basados ​​en nanotubos de carbono. La técnica de detección de alta frecuencia mitiga el efecto de apantallamiento iónica fundamental (de Debye) y permite nanotubo biosensor para ser operado en soluciones de elevada fuerza iónica donde biosensores electrónicos convencionales fallan. Nuestra tecnología ofrece una plataforma única para los puntos de atención (PDA) biosensores electrónicos que operan en condiciones fisiológicamente pertinentes.

Resumen

Las propiedades electrónicas únicas y altas proporciones de superficie-volumen de nanotubos de carbono de pared simple (SWNT) y nanocables semiconductores (NW) ^1-4 hacen buenos candidatos para biosensores de alta sensibilidad. Cuando una molécula cargada se une a una superficie tal sensor, se altera la densidad de portadores ⁵ en el sensor, lo que resulta en cambios en su conductancia DC. Sin embargo, en una solución iónica una superficie cargada también atrae a contra-iones de la solución, la formación de una doble capa eléctrica (EDL). Este EDL pantallas eficaz de la carga y en condiciones fisiológicamente pertinentes ~ 100 milimoles (mM), la longitud característica de detección de carga (longitud de Debye) está a menos de un nanómetro (nm). Por lo tanto, en soluciones de elevada fuerza iónica, la detección basada en carga (CC) está fundamentalmente impedida ^6-8.

Superamos los efectos de detección de carga mediante la detección de los dipolos moleculares en vez de los cargos de alta frecuencia, operando nanot carbonoube transistores de efecto campo como mezcladores de alta frecuencia ^9-11. A altas frecuencias, la fuerza de accionamiento de CA ya no puede superar la fricción y la solución de los iones en solución no tiene tiempo suficiente para formar el EDL. Además, la técnica de mezcla de frecuencias nos permite operar a frecuencias lo suficientemente altas como para superar proyección iónica, y sin embargo, detectar las señales de detección a bajas frecuencias ^11-12. Además, la alta transconductancia de los transistores de SWNT proporciona una ganancia interna para la señal de detección, que obvia la necesidad de amplificador de señal externa.

Aquí, se describe el protocolo para (a) fabricar transistores de SWNT, (b) funcionalizar biomoléculas para el nanotubo ^13, (c) diseñar y estampar una poli-dimetil-siloxano (PDMS) micro-cámara de fluido ¹⁴ en el dispositivo, y (d) llevar a cabo la detección de alta frecuencia en las diferentes soluciones de fuerza iónica ^11.

Introducción

Cuando una molécula cargada se une a un sensor electrónico de SWNT o NO, o bien puede donar / aceptar electrones o actuar como una puerta electrostático local. En cualquiera de los casos, la molécula unida puede alterar la densidad de carga en el canal de SWNT o NO, lo que lleva a un cambio en la conductancia continua medida del sensor. Una gran variedad de moléculas ^15-20 se han detectado con éxito mediante el estudio de las características de corriente continua de los nanosensores durante tales eventos de unión. Aunque mecanismo de detección basado cargo de detección tiene muchas ventajas, incluyendo la detección sin etiqueta ^21, la sensibilid....

Protocolo

1. Patrones catalizador para el crecimiento SWNT

1. Comience con una oblea de silicio con una deposición química de vapor de baja presión (ECV) crecido 500 nm de Si ₃ N _4/500 nm de SiO ₂ película en la parte superior.
2. Girar la capa una capa de resina fotosensible (PR) a 500 rpm durante 5 seg y luego 4000 rpm durante 40 seg.
3. Hornear la oblea a 115 ° C durante 90 seg.
4. Utilice una fotomáscara con los hoyos rectangulares para catalizadores (Figura 1) y exponer la oblea en (365 nm) la radiación UV de 300 mJ / cm ² de 0,3 seg. Después de la exposición de la oblea hornear a 11....

Resultados

Una imagen de microscopio electrónico de barrido de transistor de SWNT con una puerta de la parte superior suspendido se muestra en la Figura 7a. Las dimensiones de la puerta son críticos para la suspensión ^25. Las dimensiones actuales de diseño son (largo x ancho x espesor = 25 micras x 1 micras x 100 nm). El electrodo de puerta se compone de 50 nm Cr/50 nm Au, una capa de cromo gruesa añade más fuerza a la estructura suspendida. La estructura suspendida se confirma por la ausencia de corrie.......

Discusión

El crecimiento de los nanotubos de carbono no sólo depende de las condiciones del horno, sino también a limpieza sustrato. La tasa de flujo de gas óptimo, temperatura y presión para el crecimiento tienen que calibrar cuidadosamente y una vez fijado que son más o menos estables. Incluso con que se cumplen estas condiciones, se encontró que el crecimiento depende de la zona de catalizador de modelado, cantidad de catalizador y la limpieza sustrato. Por lo tanto, hemos incorporado varios tamaños pit catalizador para dar cu.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
REAGENTS
Los reactivos que se proporcionaron dentro de la Instalación de Nanofabricación de Lurie (Universidad de Michigan) están marcados como LNF en la columna del catálogo. Los productos químicos que requieren equipo de protección (guantes, gafas de seguridad, mascarilla, delantal) y/o campana extractora se indican con EPP en la sección de comentarios.
Obleas de silicio (tipo P, < 100>, 500-550 μ m de espesor)	Silicon Valley Microelectronics
SPR 220 3.0	Dow (Rohm and Haas)	Megaposit SPR	PPE
AZ 300MIF	AZ Corporación de Material		PPE
Acetona	J T Baker	9005-05	PPE
Isopropanol (IPA)	J T Baker	9079-05
Ácido fluorhídrico tamponado	Transeno		PPE
Ácido 1-Pirineo Butanoico, éster de succinimidilo	Sondas moleculares	P130	PPE
Biotina PEO Amina	Thermo Scientific	EZ- Link PEG2 Biotina, # 21346	PPE
Estreptavidina	Invitrogen	S 888	PPE
Dimetilformamida	MP Biomedicals	0219514791	EPI
Base de elastómero de polidimetilsiloxano y agente de curado	Dow Corning	Sylgard 184 Kit de elastómero	PPE
SU-8 2015	Microchem	Y111064	EPI
SU-8 Revelador	Microchem	Y020100	EPI
Agente silanizante	Sigma Aldrich	452807	EPI
Pureza	de hidrógeno Plus	LNF
Pureza de etileno	Plus	LNF
Argón	Purity Plus	LNF
	Sigma Aldrich	PBS1
EQUIPMENT
El equipo proporcionado por Lurie Nanofabrication Facility (Universidad de Michigan) se indica como LNF en la columna del catálogo.
GCA 200 Autostepper	GCA	LNF
Herramienta de deposición de vapor químico de baja presión	Tempress	LNF
Evaporador de haz de electrones	Enerjet	LNF
CNT Horno de crecimiento	First Nano	Easy Tube 3000 (LNF)
Fotomáscaras	Nanofilm	LNF
Placa de Petri (150 mm)		LNF
Desecador	Bel-Art	F420100000
Punzón de biopsia	Ted Pella	15071/78
Bisturí	Ted Pella	548
Tubo de polietileno PE-50	VWR	20903-414
Bomba de jeringa	New Era Sistemas de bomba	NE-1000
Jeringa		Fisher Scientific	BD Safety-Lok
Agujas de jeringa	Fisher Scientific	14-821-13A
Tarjeta DAQ	National Instruments	779111-01
Conector GPIB	National Instruments	778032-51
Amplificador de bloqueo	Stanford Research Systems	SR 830
Generador de frecuencia	HP Agilent	8648B, 9kHz -2GHz
Bias Tee	Preamplificador de corriente Picosecond	5575A-104
	DL Instruments, LLC	DL 1211
Cables BNC	Allied Electronics	665-xxxx
SMA	Sentro Tech Corp	SCF65141

Electrónico Sistema salino de tampón de fosfato