Name: La fabricación de nanotubos de carbono de alta frecuencia Nanoelectrónica biosensor para la detección in High Solutions fuerza iónica (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-22T12:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 20 s
Description: Aprende a fabricar transistores de efecto campo con nanotubos de carbono de pared simple para biosensores de alta frecuencia. Este método permite detectar interacciones biomoleculares en soluciones de alta fuerza iónica superando el efecto de apantallamiento.

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Agradecemos al Prof. Paul McEuen en la Universidad de Cornell para la discusión temprana. El trabajo es apoyado por el fondo inicial brindar por la Universidad de Michigan y el Programa Nacional Science Foundation Scalable nanofabricación (DMR-1120187). En este trabajo se utilizó el Fondo para Nanofabrication Lurie de la Universidad de Michigan, miembro de la Red Nacional de Infraestructura nanotecnología financiada por la Fundación Nacional de Ciencia.

1. Patrones catalizador para el crecimiento SWNT <ol><li> 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. </li><li> Girar la capa una capa de resina fotosensible (PR) a 500 rpm durante 5 seg y luego 4000 rpm durante 40 seg. </li><li> Hornear la oblea a 115 ° C durante 90 seg. </li><li> 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 115 ° C durante 90 seg. </li></ol> Consejo: hoyos del diseño de diversos tamaños, por ejemplo 5 micras x 5 micras, 10 micras x 5 micras etc para tener en cuenta la variabilidad en la deposición de vapor de SWNT químico (CVD) proceso de crecimiento. <ol start="5"><li> Desarrollar la oblea en el revelador de 70 segundos agitando suavemente la pastilla a través del proceso. </li><li> Enjuague la oblea con DI water durante 2 minutos y luego secar con un átomo de nitrógeno (N 2) arma. </li><li> Cargue la oblea convertido en e-beam cámara de evaporación y depósito de 0,5 nm de hierro (Fe) en una cámara de presión de 10 -6 torr. </li><li> Cortar la oblea en dados pequeños 1,5 cm x 1,5 cm. </li><li> Retire el fotoprotector por inmersión en acetona caliente y isopropanol (IPA) durante 10 minutos cada uno. Esto deja catalizador de Fe en las fosas rectangulares para el crecimiento de nanotubos. </li></ol> 2. Crecimiento ECV de Nanotubos de Carbono <ol><li> Coloque los troqueles revestidos de catalizador en el tubo de cuarzo del horno de crecimiento de las enfermedades cardiovasculares. </li></ol> Sugerencia: Determine el punto dulce para el crecimiento de nanotubos. El crecimiento es uniforme sobre un área de 2inch x 2inch aguas abajo para nuestra horno (Figura 2c). <ol start="2"><li> Recocer el sustrato en aire a 880 ° C durante una hora para eliminar el residuo de resina fotosensible (Figura 2a). Deje que se enfríe. </li><li> Purgar la cámara con Argon durante 5 min a 3 SLM (litros estándar por minuto). </li><li> Rampa hasta el horno a 800 ° C en el centro del tubo, mientras se mantiene un flujo de 1 SLM de argón (Figura 2b). </li><li> Flujo de 0,2 SLM de hidrógeno durante 5 minutos para reducir las partículas de catalizador es decir, convertir el óxido de hierro a hierro. </li><li> Introducir 5,5 sccm (centímetro cúbico estándar por minuto) de etileno (C 2 H 4) durante 35 min a crecer SWNT. Mantener un flujo de H 2 0,2 SLM durante todo el proceso. La longitud de los nanotubos obtenidos de esta receta es&gt; 20 micrómetros (micras). </li><li> Deje que el horno se enfríe a temperatura ambiente con un pequeño flujo de argón. </li></ol> 3. SWNT Fabricación Transistor FET <ol><li> Diseñar una fotomáscara (Figura 1) para la definición de electrodos fuente-drenaje de corriente-tensión de caracterización (IV) de los nanotubos de carbono. </li></ol> Sugerencia: Ampliar electrodos almohadillas de contacto ahora apart en el dado para que permanezcan accesibles incluso después de sofocar un sello de micro-fluido en la región de nanotubos activa. <ol start="2"><li> Siga los pasos 1,2 -1,6 para definir el área de deposición de metal para los contactos. </li><li> Depósito Ti / Au 0.5 nm/50 nm para contactos fuente de drenaje en una cámara de evaporación por haz de electrones a 10 -6 torr. </li><li> Deja el molde en acetona durante la noche para el despegue metal. Después del despegue, sumergir el molde en IPA durante 10 minutos y luego soplar con N2 seco pistola. </li><li> Hacer un depósito general de 500 nm e-beam evaporó SiO2 para puerta dieléctrica a 10 -6 torr. </li><li> Diseñar una fotomáscara (Figura 1) para definir el electrodo de puerta. </li><li> Siga los pasos 1.2 a 1.6 para definir la región de deposición de metal de la puerta. </li><li> Evaporar 50 nm/50 nm Cr / Au como electrodo de puerta superior en el evaporador de haz de electrones. Siga el paso 3.4 para el despegue metal. </li></ol> Consejo: Utilice capa de cromo de espesor para aumentar la fuerza of suspendido encima de la puerta. Dimensiones Gate también son fundamentales para la suspensión éxito. <ol start="9"><li> Depósito de una fina capa (20 nm) de SiO2 para la pasivación del electrodo top manta. </li><li> Diseñar una fotomáscara (Figura 1) para abrir una zanja en SiO2 para acceder al canal de nanotubos de carbono. Diseño área de la almohadilla de grabado en la misma máscara para abrir la región de acceso a la fuente, drenaje y electrodos de puerta lejos del canal de SWNT. </li><li> Siga los pasos 1.2 a 1.6 al patrón de la PR para abrir la zanja para el grabado húmedo de SiO2. </li><li> Wet grabar el evaporó SiO2 usando 01:20 BHF solución durante 3 min y 30 seg. Si 3 N 4 proporciona una capa de detención del ataque químico para evitar una mayor penetración de la BHF. </li></ol> Se recomienda calibración Etch: Tip. <ol start="13"><li> Enjuague el aparato en agua DI y luego sumergirlo en IPA durante 5 min. Secar con una pistola de N 2. El st dispositivoructure permanece intacta debido a la capa de cromo de espesor. </li></ol> 4. Funcionalización química de nanotubos de carbono de paredes laterales <ol><li> Preparar una solución de 6 mM de succinimidil éster de ácido 1-pyrenebutanoic (PBSE) en dimetilformamida (DMF). </li><li> Incubar la matriz FET SWNT en esta solución molecular enlazador durante 1 hora a temperatura ambiente. </li><li> Enjuague la boquilla en DMF para quitar el exceso de reactivo. Seque el dispositivo. </li><li> Preparar una solución de 20mg/ml de biotinil-3, 6-dioxaoctanediamine (biotina PEO amina-BPA) en agua DI para la biotinilación de los nanotubos. </li><li> Incubar el dado en esta solución durante 18 horas después de que enjuagar bien el molde en agua DI y brushing. BPA se une a la molécula de engarce PBSE. </li><li> Preparar una solución de 1mg/ml estreptavidina en solución de PBS de pH 7,2 para la unión a estreptavidina. </li><li> Para las mediciones estáticas, se incuba la matriz en una solución de estreptavidina durante 20 min para funcionalizar completamente el SWNT biotinilado. Thoroughly enjuagar y secar la boquilla. Para la detección en tiempo real, sellar el canal de flujo de PDMS (paso 6) y la primera entonces fluir la solución de estreptavidina en el fondo de alta fuerza iónica para la unión a estreptavidina (Figura 3). </li></ol> Nota: Enjuague el molde por dispensación DI agua (~ 50 ml) sobre la matriz utilizando un frasco lavador. Después nos trasladamos de la matriz a otra placa de Petri que contiene agua desionizada y movemos el molde alrededor de 1 min. Repetimos los dos pasos de un total de 8 a 10 veces. 5. Preparación de polidimetilsiloxano (PDMS) Molde para cámara de fluido <ol><li> En una taza de pesaje, verter 9 partes en peso de monómero de PDMS y añadir 1 parte en peso de agente de curado y mezclar bien los dos. </li><li> Desgasificar la mezcla en un desecador durante 25 min. Las burbujas subirán a través de la mezcla y se van. </li></ol> Consejo: Si la mezcla empieza la formación de espuma, ventilar la cámara y se deja reposar durante unossegundos antes de desgasificación de nuevo. <ol start="3"><li> Coloque una nueva oblea de silicio en una placa de Petri. Verter la mezcla de PDMS desgasificado en la parte superior de la misma para tener una capa de PDMS de 5 mm por encima de la oblea. </li><li> Coloque la placa de Petri en un horno a 70 ° C durante 1 hora. </li><li> Retire la placa de Petri y se deja enfriar. Utilice un bisturí para cortar una pieza rectangular de PDMS y tire de ella con una pinza. </li></ol> Consejo: El lado PDMS directamente en contacto con la oblea de silicio es extremadamente limpia y plana. Este lado estará en contacto con la matriz FET SWNT. Tenga cuidado de no contaminarlo. <ol start="6"><li> Coloque el troquel rectangular al revés y perforar un agujero en él utilizando un punzón de biopsia (3 mm de diámetro) de la parte plana a la otra. Esto asegura que no tenga bordes ásperos en la parte plana de PDMS (Figura 4a). </li><li> Coloque la cámara de PDMS en la parte superior del dispositivo con cuidado mediante la alineación en la parte superior de la zona activa de las matrices fabricadas FET SWNT (&lt;fuerte&gt; Figura 4a, b). Toque suavemente para asegurar el sello de morir. Los bonos laterales planas a la matriz para proporcionar una cámara de prueba de fugas. </li></ol> Consejo: Esto se puede hacer a simple vista o usando un microscopio óptico con suficiente espacio de trabajo. Si el PDMS no se pega bien (en general, si la matriz y / o el sello PDMS no es limpio), hacer plasma de oxígeno (20 vatios, 15 seg) en PDMS para ayudar a la unión. Usando los poderes de plasma superiores a que esto conduce a la unión más fuerte, sin embargo, hemos visto que rasga de electrodos mientras se quita el PDMS en tal caso. <ol start="8"><li> Retire el sello PDMS después de la prueba eléctrica y antes de la siguiente etapa de funcionalización química sumergiendo el molde en agua DI y levantar suavemente el sello. </li></ol> 6. Preparación del Canal de Flujo de microfluidos <ol><li> Tome una pastilla de silicio limpio y colocarlo en la placa caliente a 200 ° C durante 5 minutos para eliminar la humedad. </li><li> Haga girar la capa SU-8 2015 a 500 rpm(100 rpm / seg velocidad de rampa) durante 5 segundos y, a continuación 1250 rpm durante 30 segundos a 300 rpm / seg velocidad de rampa. Esto da una m de espesor SU-8 capa 30 en la oblea de silicio. </li><li> Hornear suave de la oblea a 95 ° C durante 5 min. </li><li> Diseñar una fotomáscara (Figura 4c) para definir el patrón de micras canal de flujo 300 de ancho en la parte superior de la zona de SWNT. </li></ol> Sugerencia: Para evitar el colapso de la estructura de un ancho de canal: altura de las 10:01 es suficiente (300 m: 30 micras en este caso). <ol start="5"><li> Con fotolitografía UV de 365 nm definir el canal de flujo con un tiempo de exposición UV de 0,9 seg. </li><li> Pon hornear la matriz a 95 ° C durante 5 min. </li><li> Desarrollar el modelo en SU-8 desarrollador durante 5 minutos acompañado de agitación suave. </li><li> Enjuague la oblea en IPA y secar con N2 arma. </li><li> Siga los pasos de 05.01 a 05.02 para preparar una mezcla de PDMS. </li><li> Coloque las tabletas con SU-8 del molde en un desecador con una caída 2-3 de silanización tric agentehloro (3, 3, 3-trifluoropropilo) silano en una placa de Petri. Encienda la bomba de vacío permiten la oblea sentarse en el vacío durante 1 hora. </li><li> Verter la mezcla de PDMS desgasificado sobre la oblea y se calienta en un horno a 70 ° C durante 1 hora. </li><li> Cortar el molde de PDMS (negativo de SU-8) con un bisturí. </li><li> Coloque el sello PDMS al revés y utilizando un punzón de biopsia (0,75 mm de diámetro) para perforar un agujero en cada extremo del canal de flujo. Asegúrese de que para perforar el agujero desde el lado plano (el lado en contacto con la oblea de silicio) a la otra para evitar que los bordes ásperos (Figura 4e). </li><li> Coloque la cámara de flujo de PDMS en la parte superior del dispositivo con cuidado mediante la alineación en la parte superior de la zona activa de las matrices de FET SWNT fabricados bajo un microscopio. Toque suavemente para asegurar el sello de morir. Los bonos laterales planas a la matriz para proporcionar una cámara de prueba de fugas. (Figura 4c y 4d) </li><li> Empuje un tubo de polietileno en los agujeros y conectar el otro extremo a una fuente de fluido y una jeringa de drenaje (F4e igura). </li><li> Acople la jeringa a un sistema de bomba de jeringa para mantener un flujo controlado de fluido a través del canal (Figura 6). </li></ol> 7. DC Configuración de la medición eléctrica <ol><li> Conectar la fuente y los contactos de puerta de FET de SWNT a los puertos de tensión de una tarjeta de adquisición de datos. </li><li> Conectar el contacto de drenaje al puerto de entrada de la tarjeta de adquisición de datos a través de un pre-amplificador de corriente. </li><li> Aplicar 30 milivoltios (mV) a la fuente de contacto, barrer el voltaje de la puerta y registrar la corriente desde el desagüe (Figura 5a). </li></ol> Consejo: Para las mediciones en solución, mantenga el parámetro de barrido voltaje de la puerta dentro de 0,7 voltios | | para evitar fugas y la reacción entre el electrodo de puerta de metal y una solución. 8. AC Configuración de la medición eléctrica <ol><li> Conecte la señal Ref Salida del amplificador lock-in al puerto de señal de modulación externa sobre generador de frecuencia para configurar AM freque moduladasalida ncy. </li><li> Conectar contacto fuente de SWNT FET para el puerto de salida de RF modulada en AM de generador de frecuencia y tensión de corriente continua de la tarjeta de adquisición de datos usando una camiseta sesgo (Figura 5b y 5c). </li><li> Conecte contacto de puerta a puerto de voltaje de la tarjeta de adquisición de datos. </li><li> Conectar el contacto de drenaje a un amplificador lock-in para leer la corriente de corriente alterna a través del nanotubo. Leer la amplitud y la fase de la corriente a través de los puertos de entrada DAQ. </li><li> Mantenga tensión continua fuente a 0 voltios y frecuencia de la señal de AM en 200 kilohercios (kHz). </li><li> Barra el voltaje de la puerta y mida la corriente del drenaje. </li><li> Aumentar la frecuencia y repita el paso 8.6 para que la mezcla-V g barridos a diferentes frecuencias. </li></ol> 9. Mediciones eléctricas en solución (falta de flujo) <ol><li> Preparar 1 mM de NaCl, 10 mM de NaCl y 100 mM de soluciones de sal de NaCl 5 M a partir de solución madre de NaCl. </li><li> Lleve el dispositivo SWNT desde el paso 3.13. Realizar los pasos 4.1 a 4.5 para obtener una biotinilardispositivo d. </li><li> Siga el paso 5 para colocar una cámara de PDMS en la parte superior del dispositivo. </li><li> Llenar la cámara con agua desionizada usando una pipeta. </li><li> Siga el paso 8 para mediciones de frecuencia de mezcla de diferentes frecuencias. </li><li> Repita 9,4 para las tres soluciones de sales diferentes 1 mM NaCl, 10 mM de NaCl y 100 mM de NaCl. </li></ol> Consejo: Utilice pipeta para retirar solución anterior y, a continuación enjuagar la cámara de múltiples veces con la nueva solución. Desconecte siempre de la baja a las soluciones de alta concentración. <ol start="7"><li> Retire el sello PDMS levantando suavemente el sello con una pinza. </li><li> Enjuague el aparato con agua DI. </li><li> Realizar estreptavidina como se explica en 4.6 a 4.7. </li><li> Repita los pasos 9.3 hasta 9.6. </li></ol> 10. Medición eléctrica en solución (flujo en tiempo real) <ol><li> Prepare una solución salina 100 mM NaCl a partir de solución de NaCl 5 M. </li><li> Lleve el dispositivo SWNT de step 3.13. Realizar los pasos 4.1 a 4.5 para obtener un dispositivo con biotina. </li><li> Coloque el canal de flujo de micro-fluídica en el dispositivo después de la etapa 6 .. Conectar una jeringa vacía a un extremo del canal de micro-fluídica para el modo de operación de retirada. En el otro extremo adjuntar una jeringa con una solución de fondo de 100 mM de NaCl. </li><li> Configure la medición eléctrica como se detalla en el paso 8. Fijar la frecuencia (f = 10 MHz) y la puerta de voltaje de polarización (V = 0). </li><li> Encienda la bomba de jeringa en el modo de retirada (caudal = 0,4 ml -1 hora) y controlar la señal de intensidad con el tiempo. Cambie la solución de 1mg/ml estreptavidina en 100 mM de NaCl y el cambio de señal del monitor de estreptavidina-biotina de unión (Figura 6). </li></ol>

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<li>Katz, E., Willner, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+biomolecular+interactions+at+conductive+and+semiconductive+surfaces+by+impedance+spectroscopy%3A+Routes+to+impedimetric+immunosensors%2C+DNA-Sensors%2C+and+enzyme+biosensors%5BTitle%5D)+AND+%22Electroanalysis%22%5BJournal%5D)">Probing biomolecular interactions at conductive and semiconductive surfaces by impedance spectroscopy: Routes to impedimetric immunosensors, DNA-Sensors, and enzyme biosensors.</a> Electroanalysis. 15, 913-947 (2003).</li>
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</ol>

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

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...

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 sensibilidad femto-molar 22, y electrónicos leídos capacidad 15, es eficaz sólo en soluciones de baja fuerza iónica. En las soluciones de elevada fuerza iónica, detección de corriente continua se ve impedida por la detección iónica 6-8. Una superficie cargada atrae contra-iones de la solución que forma una doble capa eléctrica (EDL) cerca de la superficie. La EDL pantallas efectiva de estos cargos. Como tque la fuerza iónica de la solución aumenta, la EDL se hace más estrecha y los aumentos de detección. Este efecto de apantallamiento se caracteriza por la longitud de detección de Debye λ D, <img alt="Ecuación 1" fo:src="/files/ftp_upload/50438/50438eq1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50438/50438eq1.jpg" /> , Donde ε es la permitividad dieléctrica de los medios de comunicación, k B es la constante, de Boltzmann T es la temperatura, q es la carga del electrón, y c es la fuerza iónica de la solución de electrolito. Para una solución tampón 100 mM típica, λ D es de alrededor de 1 nm y el potencial de la superficie será completamente proyectó en una distancia de unos pocos nm. Como resultado, la mayoría de los sensores nanoelectrónicos basado en SWNT o NWs operan ya sea en estado seco 20 o en soluciones de baja fuerza iónica 5,15,17,21-22 (c ~ 1 nM- 10 mM), de lo contrario la muestra debe someterse a medidas desalado 15,23. Dispositivos de diagnóstico de punto de atención necesitan para operar en fuerza iónica fisiológicamente relevantes en el sitio de los pacientes con capacidad de procesamiento de la muestra limitada. Por lo tanto, mitigar el efecto de apantallamiento iónico es fundamental para el desarrollo y ejecución de POC nanoelectrónica biosensores. Nos mitigar el efecto de apantallamiento iónico mediante la operación del sensor nanoelectrónica basada SWNT en el rango de frecuencia megahertz. El protocolo que se proporcionan aquí detalles de la fabricación de un transistor de SWNT plataforma de detección basado nanoelectrónicos y medición de mezcla de alta frecuencia para la detección biomolecular. Los nanotubos de carbono de pared única son cultivados por deposición química de vapor en sustratos estampados con catalizadores de Fe 24. Para nuestros transistores SWNT, incorporamos un top-puerta suspendida 25 colocado por encima de 500 nm del nanotubo, que ayuda a mejorar la respuesta del sensor de alta frecuencia y también permite una MICR compactocámara de o-fluídico para sellar el dispositivo. Los transistores de SWNT son operados como mezcladores de alta frecuencia 9-11 con el fin de superar los efectos de apantallamiento de fondo iónicos. A frecuencias más altas, los iones móviles en solución no tienen tiempo suficiente para formar la EDL y los dipolos biomoleculares fluctuaciones todavía puede puerta SWNT para generar una corriente de mezcla, que es nuestra señal de detección. La frecuencia de mezcla surge debido a las características no lineales IV de un nanotubo de FET. Nuestra técnica de detección difiere de las técnicas convencionales de detección basada en espectroscopia de impedancia de carga y 26-27. En primer lugar, detectamos dipolos biomoleculares en alta frecuencia en lugar de los costes asociados. En segundo lugar, el alto transconductancia del transistor SWNT proporciona una ganancia interna para la señal de detección. Esto obvia la necesidad de amplificación externa como en el caso de mediciones de la impedancia de alta frecuencia. Recientemente, otros grupos también han abordado la detección biomolecular en alta baconcentraciones ckground 23,28. Sin embargo, estos métodos son más complicado, que requiere la fabricación compleja o ingeniería química cuidado de moléculas receptoras. Nuestro sensor de SWNT de alta frecuencia incorpora un diseño más simple y utiliza la frecuencia de la propiedad de mezcla inherente de un transistor de nanotubos. Somos capaces de mitigar los efectos de apantallamiento iónicos, prometiendo así una nueva plataforma de biosensores para la detección de puntos de atención en tiempo real, cuando se desean biosensores que funcionan directamente en estado fisiológicamente relevante.

<table><tbody><tr><td colspan="4">REAGENTS</td></tr><tr><td colspan="4">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.</td></tr><tr><td>Obleas de silicio (tipo P, < 100>, 500-550 &mu; m de espesor)</td><td>Silicon Valley Microelectronics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SPR 220 3.0</td><td>Dow (Rohm and Haas)</td><td>Megaposit SPR</td><td>PPE</td></tr><tr><td>AZ 300MIF</td><td>AZ Corporación de Material</td><td></td> Electrónico <td>PPE</td></tr><tr><td>Acetona</td><td>J T Baker</td><td>9005-05</td><td>PPE</td></tr><tr><td>Isopropanol (IPA)</td><td>J T Baker</td><td>9079-05</td><td></td></tr><tr><td>Ácido fluorhídrico tamponado</td><td>Transeno</td><td></td><td>PPE</td></tr><tr><td>Ácido 1-Pirineo Butanoico, éster de succinimidilo</td><td>Sondas moleculares</td><td>P130</td><td>PPE</td></tr><tr><td>Biotina PEO Amina</td><td>Thermo Scientific</td><td>EZ- Link PEG2 Biotina, # 21346</td><td>PPE</td></tr><tr><td>Estreptavidina</td><td>Invitrogen</td><td>S 888</td><td>PPE</td></tr><tr><td>Dimetilformamida</td><td>MP Biomedicals</td><td>0219514791</td><td>EPI</td></tr><tr><td>Base de elastómero de polidimetilsiloxano y agente de curado</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184 Kit de elastómero</td><td>PPE</td></tr><tr><td>SU-8 2015</td><td>Microchem</td><td>Y111064</td><td>EPI</td></tr><tr><td>SU-8 Revelador</td><td>Microchem</td><td>Y020100</td><td>EPI</td></tr><tr><td>Agente silanizante</td><td>Sigma Aldrich</td><td>452807</td><td>EPI</td></tr><tr><td>Pureza</td><td>de hidrógeno Plus</td><td>LNF</td><td></td></tr><tr><td>Pureza de etileno</td><td>Plus</td><td>LNF</td><td></td></tr><tr><td>Argón</td> Sistema salino de tampón de fosfato <td>Purity Plus</td><td>LNF</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Sigma Aldrich</td><td>PBS1</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">EQUIPMENT</td></tr><tr><td colspan="4">El equipo proporcionado por Lurie Nanofabrication Facility (Universidad de Michigan) se indica como LNF en la columna del catálogo.</td></tr><tr><td>GCA 200 Autostepper</td><td>GCA</td><td>LNF</td><td></td></tr><tr><td>Herramienta de deposición de vapor químico de baja presión</td><td>Tempress</td><td>LNF</td><td></td></tr><tr><td>Evaporador de haz de electrones</td><td>Enerjet</td><td>LNF</td><td></td></tr><tr><td>CNT Horno de crecimiento</td><td>First Nano</td><td>Easy Tube 3000 (LNF)</td><td></td></tr><tr><td>Fotomáscaras</td><td>Nanofilm</td><td>LNF</td><td></td></tr><tr><td>Placa de Petri (150 mm)</td><td></td><td>LNF</td><td></td></tr><tr><td>Desecador</td><td>Bel-Art</td><td>F420100000</td><td></td></tr><tr><td>Punzón de biopsia</td><td>Ted Pella</td><td>15071/78</td><td></td></tr><tr><td>Bisturí</td><td>Ted Pella</td><td>548</td><td></td></tr><tr><td>Tubo de polietileno PE-50</td><td>VWR</td><td>20903-414</td><td></td></tr><tr><td>Bomba de jeringa</td><td>New Era Sistemas de bomba</td><td>NE-1000</td><td></td></tr><tr><td>Jeringa</td><td></td> <td>Fisher Scientific</td><td>BD Safety-Lok</td></tr><tr><td>Agujas de jeringa</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-821-13A</td><td></td></tr><tr><td>Tarjeta DAQ</td><td>National Instruments</td><td>779111-01</td><td></td></tr><tr><td>Conector GPIB</td><td>National Instruments</td><td>778032-51</td><td></td></tr><tr><td>Amplificador de bloqueo</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SR 830</td><td></td></tr><tr><td>Generador de frecuencia</td><td>HP Agilent</td><td>8648B, 9kHz -2GHz</td><td></td></tr><tr><td>Bias Tee</td><td>Preamplificador de corriente Picosecond</td><td>5575A-104</td><td></td></tr><tr><td></td><td>DL Instruments, LLC</td><td>DL 1211</td><td></td></tr><tr><td>Cables BNC</td><td>Allied Electronics</td><td>665-xxxx</td><td></td></tr><tr><td>SMA</td><td>Sentro Tech Corp</td><td>SCF65141</td><td></td></tr></tbody></table>

la fabricación de nanotubos de carbono de alta frecuencia nanoelectrónica biosensor para la detección in high solutions fuerza iónica

Fabrication of Carbon Nanotube High-Frequency Nanoelectronic Biosensor for Sensing in High Ionic Strength Solutions

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.

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...

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.

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

The unique electronic properties and high surface-to-volume ratios of single-walled carbon nanotubes (SWNT) and semiconductor nanowires (NW) 1-4 make them ...

El objetivo general del siguiente experimento es demostrar una nueva plataforma de detección nanoeléctrica para la identificación de biomoléculas en el punto de atención en soluciones con alta fuerza iónica. Esto se logra operando transistores de efecto de campo de nanotubos de carbono de pared sencilla a alta frecuencia, para mitigar el efecto de apantallamiento iónico. Primero, los transistores de nanotubos se fabrican y 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 detección en tiempo real. A continuación, los transistores de nanotubos de carbono de pared simple se operan como mezcladores de alta frecuencia. Con el fin de superar un efecto de apantallamiento iónico a alta frecuencia de excitación, los iones y las soluciones ya no pueden apantallar eficazmente el sensor de nanotubo, lo que permite detectar los momentos dipolares oscilantes de las biomoléculas unidas a la superficie.Los resultados muestran la detección de la unión de estreptavidina y biotina en una solución tampón de 100 milimoles basada en el monitoreo de los cambios en la corriente de mezclado a una frecuencia de excitación de 10 megahercios. La principal ventaja de esta técnica frente a métodos existentes como la detección de corriente directa es que supera el efecto de apantallamiento del dispositivo, que fundamentalmente impide la detección de corriente directa en soluciones de alta fuerza iónica. En contraste con los sensores tradicionales basados en la detección de carga, nuestro método detecta los momentos dipolares de las biomoléculas mediante el análisis de la respuesta a alta frecuencia de los transistores de nanotubos.Primero, coloque una máscara fotográfica con cavidades rectangulares para el catalizador sobre una oblea de silicio recubierta con fotoresistente y expóngala a una radiación UV I de 300 milijulios por centímetro cuadrado durante 0,3 segundos. Cargue la oblea revelada en una cámara de evaporación por haz de electrones y deposite 0,5 nanómetros de hierro a una presión de cámara de 10 a la menos seis tor. Después de cortar la oblea de silicio recubierta con catalizador de la cámara en trozos más pequeños, colóquelos sobre un barco de cuarzo y cargue el barco en el horno de crecimiento por CVD. Programe el horno para aumentar la temperatura hasta 800 grados Celsius en el centro del tubo, manteniendo 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. Luego, se introduce 5,5 SCCM de etileno durante 35 minutos para crecer los S wts. Se mantiene un flujo de hidrógeno de 0,2 SLM durante todo el proceso.Después de enfriar a temperatura ambiente con un flujo pequeño de argón, retire el sustrato del horno. Después de definir el área para la deposición de metal para los contactos, coloque el sustrato en la cámara de evaporación, luego depósitese 0,5 nanómetros de titanio y 50 nanómetros de oro como metales de contacto de fuente y drenaje en una cámara de evaporación por haz de electrones a 10⁻⁶ torr. Al finalizar, remoje el sustrato en acetona durante la noche para el desprendimiento del metal.Luego sumerja en isopropanol durante 10 minutos y seque con nitrógeno. A continuación, coloque nuevamente el sustrato en la cámara de evaporación y depósito 500 nanómetros de dióxido de silicio evaporado por haz de electrones a 10 a la menos seis torr, seguido de 50 nanómetros de cromo y 50 nanómetros de oro como electrodo de puerta superior en el evaporador por haz de electrones. Después de definir el patrón con la resistencia fotolitográfica, ataque húmedo el dióxido de silicio evaporado utilizando una solución de ácido fluorhídrico tamponado en relación 1 a 20 durante tres minutos y 30 segundos.Ahora prepare una solución de PBSE seis milimolar en dimetilformamida, incube el S-W-N-T-F-E-T-D en la solución de la molécula de enlace PBSE durante una hora a temperatura ambiente. A continuación, prepare una solución de 20 miligramos por mililitro de amina. Pegue dos biotina en agua desionizada.Incube el colorante en esta solución durante 18 horas. Luego enjuague bien el colorante con agua desionizada. Repita el enjuague de ocho a diez veces y luego seque con aire.Coloque un nuevo oblea de silicio en una placa de Petri y vierta una mezcla de PDMS DGAs en el recipiente hasta que la mezcla alcance cinco milímetros por encima del oblea. A continuación, coloque la placa de Petri en un horno a 70 grados Celsius durante una hora. Retire la placa de Petri del horno y deje que el oblea se enfríe a temperatura ambiente.Utilice un escalpelo para cortar una pieza rectangular de PDMS y extráigala con pinzas. Luego, coloque el molde con la cara pintada hacia abajo y perfore un orificio a través del lado plano utilizando un punzón de biopsia de tres milímetros. Después de colocar el molde bajo el microscopio, coloque cuidadosamente la cámara de PDMS encima del molde alineándola sobre el área activa de los dispositivos S-W-N-T-F-E-T fabricados.Coloque una oblea de silicio con un molde de SU ocho en una placa de Petri y agregue dos o tres gotas de tri Cloro 3 3 3 tri fluoro propil silano. Coloque la placa de Petri en una cámara de vacío durante una hora tras retirar la placa de Petri del vacío.Vierta la mezcla de PDMS de DGAs sobre la oblea y caliéntela en un horno a 70 grados Celsius durante una hora. Al finalizar, retire la placa de Petri del horno y deje que la oblea se enfríe a temperatura ambiente. Después de cortar un sello rectangular de PDMS, colóquelo boca abajo y haga un orificio en cada extremo del canal de flujo utilizando un punzón de biopsia de 0,75 milímetros.Después de colocar el colorante bajo el microscopio, coloque cuidadosamente la cámara de flujo de PDMS encima del colorante alineándola sobre el área activa de los dispositivos S-W-N-T-F-E-T fabricados. A continuación, inserte un tubo de polietileno en cada orificio y conecte un tubo al cuerpo de una jeringa fuente de fluido y el otro tubo a una jeringa de drenaje. Fije 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 en AM, conecte la señal de referencia de salida del amplificador de bloqueo al puerto de señal de modulación externa del generador de frecuencia. A continuación, conecte la salida de RF modulada en AM y el voltaje de corriente continua a un acoplador T polarizado y conecte la salida del acoplador T al contacto de fuente del SWNT. Luego, conecte el contacto de 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 detección por sincronismo. Conecte los puertos de amplitud y fase del amplificador de detección por sincronismo a los puertos de entrada del convertidor digital-analógico. Mantenga el voltaje de fuente en cero voltios y la frecuencia de la señal A en 200 kilohercios.Barra el voltaje de la compuerta y mide la corriente desde el drenaje. Llena la cámara de fluido con agua desionizada utilizando una pipeta. Realiza la medición eléctrica de corriente alterna.Repita con cloruro de sodio de un milimolar, cloruro de sodio de 10 milimolares y cloruro de sodio de 100 milimolares. 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 solución de cloruro de sodio de 100 milimolares.Configure la bomba de jeringa en modo de retracción. Se aspira la solución de cloruro de sodio de 100 milimolar dentro del tubo. La corriente puede monitorearse en la computadora.Luego cambie la solución a una concentración de un miligramo por mililitro de estreptavidina en cloruro de sodio 100 milimolar y supervise el cambio de corriente en tiempo real correspondiente a la unión de estreptavidina con biotina. Se muestra aquí una imagen de microscopio electrónico de barrido de un transistor de nanotubo de carbono con puerta superior suspendida. El electrodo consiste en 50 nanómetros de cromo y 50 nanómetros de oro, y una capa gruesa de cromo aporta resistencia a la estructura suspendida. La estructura suspendida se confirma por la ausencia de una corriente de fuga entre la puerta superior y el drenaje.Para caracterizar el éxito de la funcionalización de las paredes laterales, se monitorearon los cambios en las curvas de transferencia de corriente continua (CC) de FET en aire después de cada paso de funcionalización. La curva de transferencia para el FET de nanotubo virgen se desplaza hacia la derecha tras la biotinilación y la unión de estreptavidina, como se muestra.Aquí se muestra la señal de detección de corriente mixta medida en función del voltaje de compuerta para un dispositivo típico en cloruro de sodio 100 milimolar. 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 mixta concuerdan bien con un modelo teórico.Los resultados representativos de las mediciones estáticas y de flujo en tiempo real se muestran aquí. Las curvas de corriente de mezclado frente al voltaje de compuerta representan SWNT biotinilados y unidos a estreptavidina en cloruro de sodio 100 milimolar. La corriente de mezclado cambia al producirse la unión de estreptavidina en el experimento de flujo en tiempo real.La variación de la señal también se midió antes y después de la unión de estreptavidina en un dispositivo de control fabricado con silicio y óxido, en agua desionizada y a diferentes frecuencias; no se observó cambio alguno tras la unión, lo que indica que el mecanismo de detección se debe a la interacción entre la biomolécula y los NTSC a altas frecuencias. Esta técnica de medición puede aplicarse en general a biosensores electrónicos basados en nanotubos, nanocables o grafeno, y puede realizarse directamente en soluciones con alta fuerza iónica sin necesidad de pasos que consumen tiempo, como la eliminación de sales.

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La fabricación de nanotubos de carbono de alta frecuencia Nanoelectrónica biosensor para la detección in High Solutions fuerza iónica (Video) | JoVE Journal

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

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