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

El objetivo general del siguiente experimento es demostrar una nueva plataforma de detección nanoeléctrica para la detección biomolecular en el punto de atención en soluciones de alta fuerza iónica. Esto se logra operando transistores de efecto de campo de nanotubos de carbono de pared simple a alta frecuencia para mitigar el efecto de apantallamiento iónico. En primer lugar, se fabrican los transistores de nanotubos y se funcionalizan con moléculas receptoras.

Como segundo paso, los dispositivos se encapsulan con un canal de flujo microfluídico, que permite inyectar soluciones de muestras de biomoléculas para la detección en tiempo real. A continuación, los transistores de combustible de nanotubos de carbono de pared simple funcionan como mezcladores de alta frecuencia. Con el fin de superar un efecto de apantallamiento iónico a alta frecuencia de conducción, los iones y las soluciones ya no pueden apantallar el sensor de nanotubos, lo que permite detectar eficazmente los momentos dipolares oscilantes de las biomoléculas unidas a la superficie.

Los resultados muestran la detección de estreptococos ávidos y unión a biotina en una solución de fondo de 100 milimolares basada en el monitoreo de cambios en la corriente de mezcla a una frecuencia de conducción de 10 megahercios. La principal ventaja de esta técnica sobre los métodos existentes, como la detección de corriente continua, es que supera el efecto de cribado del dispositivo, que impide fundamentalmente la detección durante la corriente en soluciones de alta intensidad iónica. A diferencia de los sensores tradicionales basados en la detección de carga, nuestro método detecta los momentos dipolares de las biomoléculas explorando la respuesta de alta frecuencia de los transistores de nanotubos.

En primer lugar, coloque una mascarilla fotográfica con hoyos rectangulares para catalizador sobre una oblea de silicona recubierta de fotorresistencia y expóngala a un resplandor UV I de 300 milijulios por centímetro cuadrado durante 0,3 segundos. Cargue la oblea desarrollada en una cámara de evaporación por haz de electrones y deposite 0,5 nanómetros de hierro a una presión de cámara de 10 elevado a menos seis tor. Después de cortar la oblea de silicio recubierta de catalizador de la cámara en tintes más pequeños, colóquelos en un bote de cuarzo y cargue el bote en el horno de crecimiento CVD Programe el horno para aumentar el horno a 800 grados Celsius en el centro del tubo mientras mantiene un flujo de un SLM de argón.

Fluya 0,2 SLM de hidrógeno durante cinco minutos para reducir las partículas del catalizador y convertir el óxido de hierro en hierro. A continuación, se introducen 5,5 SCCM de etileno durante 35 minutos para hacer crecer el peso del S. Se mantiene un flujo de hidrógeno de 0,2 SLM durante todo el proceso.

Después de enfriar a temperatura ambiente con un pequeño flujo de argón, retire el tinte del horno. Después de definir el área de deposición de metal para contactos, coloque el tinte en la cámara de evaporación, luego deposite 0,5 nanómetros de titanio y 50 nanómetros de oro como fuente y drene los metales de contacto en una cámara de evaporación por haz de electrones en la tienda a los seis tor negativos. Cuando termines, remoja el tinte y la acetona durante la noche para que el metal se despegue.

A continuación, sumerge un isopropanol durante 10 minutos y sécalo con nitrógeno. A continuación, vuelva a colocar el tinte en la cámara de evaporación y deposite 500 nanómetros de dióxido de silicona evaporado por haz de electrones a 10 a los seis menos tor se evaporan, 50 nanómetros de cromo y 50 nanómetros de oro como electrodo de puerta superior en el evaporador de haz de electrones. Después de modelar la fotorresistencia húmeda, grabó el dióxido de silicona evaporado usando una solución de ácido fluorhídrico tamponado de uno a 20 durante tres minutos y 30 segundos.

Ahora prepare una solución de seis milimolares de PBSE en dimetilformamida, incube el S-W-N-T-F-E-T-D en la solución de la molécula enlazadora de PBSE durante una hora a temperatura ambiente. Después de esto, prepare una solución de 20 miligramos por mililitro de amina. Pega dos biotina en agua desionizada.

Incuba el tinte en esta solución durante 18 horas. A continuación, enjuaga bien el tinte con agua desionizada. Repita el enjuague de ocho a 10 veces, luego seque con secador.

Coloque una nueva oblea de silicio en una placa de Petri y vierta una mezcla de DGA PDMS en la placa hasta que la mezcla esté cinco milímetros por encima de la oblea. A continuación, coloque la placa de Petri en un horno a 70 grados centígrados durante una hora. Retire la placa de Petri del horno y deje que la oblea se enfríe a temperatura ambiente.

Use un bisturí para cortar una pieza rectangular de PDMS y sáquela con una pinza. A continuación, coloca el tinte rectangular al revés y haz un agujero en el lado plano con un punzón de biopsia de tres milímetros. Después de colocar el tinte bajo el microscopio, coloque cuidadosamente la cámara PDMS encima del tinte alineándola sobre el área activa de los dispositivos S-W-N-T-F-E-T fabricados.

Coloque una oblea de silicona con un molde SU ocho en una placa de Petri y agregue dos o tres gotas de tri Chloro. 3 3 3 3 solución salina tri fluoro propilo. Coloque la placa de Petri en una cámara de vacío durante una hora después de retirar la placa de Petri de la aspiradora.

Vierta la mezcla de DGA PDMS sobre la oblea y caliéntela en un horno a 70 grados centígrados durante una hora. Cuando termine, retire la placa de Petri del horno y deje que la oblea se enfríe a temperatura ambiente. Después de cortar un sello PDMS rectangular, colóquelo boca abajo y perfore un orificio en cada extremo del canal de flujo con un punzón de biopsia de 0,75 milímetros.

Después de colocar el tinte bajo el microscopio, coloque con cuidado la cámara de flujo PDMS encima del tinte alineándola con la parte superior del área activa de los dispositivos S-W-N-T-F-E-T fabricados. A continuación, empuje un tubo de polietileno en cada orificio y conecte un tubo a un cilindro de jeringa de fuente de fluido y el otro tubo a una jeringa de drenaje. Conecte la jeringa a una bomba de jeringa para mantener un flujo de fluido controlado a través del canal.

Para configurar la salida de frecuencia modulada AM, conecte la señal de salida de referencia del amplificador de bloqueo al puerto de señal de modulación externo en el generador de frecuencia. A continuación, conecte la salida de RF modulada por AM y el voltaje de CC a un polarizado T y conecte la salida del polarizado T al contacto de la fuente SWNT. Luego conecte el contacto de la puerta al puerto de voltaje de la tarjeta DAC para leer la corriente alterna a través del nanotubo.

Conecte el contacto de drenaje a un amplificador de bloqueo. Conecte los puertos de amplitud y fase del amplificador de bloqueo a los puertos de entrada DAC. Mantenga el voltaje de CC de la fuente a cero voltios y la frecuencia de la señal A a 200 kilohercios.

Barre el voltaje de la compuerta y mide la corriente del desagüe. Llene la cámara de fluido con agua desionizada con una pipeta. Realice la medición eléctrica de CA.

Repita con un milimolar de cloruro de sodio, 10 milimolares de cloruro de sodio y 100 milimolares de cloruro de sodio. Y mida la respuesta del dispositivo para cada solución. Después de colocar el canal de flujo microfluídico en el dispositivo, conecte un tubo a una jeringa vacía colocada en la bomba de jeringa y conecte el otro tubo a un cilindro de jeringa y llénelo con una solución de cloruro de sodio de 100 milimolares.

Ponga la bomba de jeringa en modo de extracción y se introducirá una solución de cloruro de sodio de 100 milimolares en el tubo. La corriente se puede monitorear en la computadora.

Luego cambie la solución a un miligramo por mililitro de estreptavidina en cloruro de sodio de 100 milimolares y monitoree el cambio de corriente en tiempo real para la unión de estreptavidina biotina Aquí se muestra una imagen de microscopio electrónico de barrido del transistor S SW NT con una puerta superior suspendida. El electrodo consta de 50 nanómetros de cromo y 50 nanómetros de oro, y una gruesa capa de cromo agrega resistencia a la estructura suspendida. La estructura suspendida se confirma por la ausencia de corriente de fuga entre la compuerta superior y el desagüe.

Para caracterizar el éxito de la funcionalización de las paredes laterales, los cambios en las curvas de transferencia de FET DC en el aire. Después de cada paso de funcionalización se monitorearon. La curva de transferencia para el FET de nanotubos prístinos se desplaza hacia la derecha después de la biotación y la unión del estreptococo Aden en la imagen.

Aquí está la señal de detección de corriente mixta medida en función del voltaje de marcha para un dispositivo típico en cloruro de sodio de 100 milimolares. El gráfico muestra las curvas para la corriente continua, la corriente mixta y la corriente mixta teórica. Los datos demuestran que los resultados de la corriente de mezcla concuerdan bien con un modelo teórico.

Aquí se muestran los resultados representativos de las mediciones estáticas y las mediciones de caudal en tiempo real. Las curvas de corriente de mezcla frente a voltaje de marcha representan SWNT biotinilado y unido a estreptavidina en cloruro de sodio de 100 milimolares. La corriente de mezcla cambia al unirse a la estreptavidina en el experimento de flujo en tiempo real.

También se midió el cambio de señal antes y después de la unión de estreptavidina en un dispositivo de control de silicio y óxido en agua desionizada a diferentes frecuencias, no hay cambio después de la unión, lo que indica que el mecanismo de detección surge debido a la interacción de la biomolécula SWNT a altas frecuencias. Esta técnica de medición se puede aplicar en general a biosensores electrónicos basados en nanotubos, nanocables o grafeno y se puede realizar directamente en soluciones de fondo de alta resistencia iónica sin necesidad de pasos que consumen mucho tiempo como la desalinización.