Fabrication de nanotubes de carbone à haute fréquence Nanoélectronique biocapteur pour détecter en haute force ionique

Girish S. Kulkarni; Zhaohui Zhong

doi:10.3791/50438

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Article de méthode

Fabrication de nanotubes de carbone à haute fréquence Nanoélectronique biocapteur pour détecter en haute force ionique

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DOI :

10.3791/50438

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22 juillet 2013

Girish S. Kulkarni¹ , Zhaohui Zhong¹

¹Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Michigan - Ann Arbor

Dans cet article

Résumé

Nous décrivons la fabrication de l'appareil et le protocole de mesure des nanotubes de biocapteurs à haute fréquence à base de carbone. La technique de détection à haute fréquence atténue l'effet d'écran fondamental de l'ionique (Debye) et permet nanotube biocapteur pour être utilisé dans des solutions de force ionique élevée, où biocapteurs électroniques classiques échouent. Notre technologie offre une plate-forme unique pour le point-of-care (POC) des biocapteurs électroniques fonctionnant dans des conditions physiologiquement pertinents.

Résumé

Les propriétés électroniques uniques et des ratios élevés au volume de la surface de nanotubes de carbone à paroi simple (SWNT) et de nanofils de semi-conducteurs (NW) ^1-4 en font de bons candidats pour les biocapteurs haute sensibilité. Quand une molécule chargée se lie à une telle surface de détection, il modifie la densité de porteurs dans le capteur ^5, ce qui entraîne des changements dans sa conductance de courant continu. Cependant, dans une solution ionique une surface chargée attire aussi les contre-ions de la solution, formant une double couche électrique (EDL). Cette EDL écrans effectivement hors la charge, et physiologiquement pertinents conditions ~ 100 mM (mM), la longueur de la projection de charge caractéristique (longueur de Debye) est inférieure à un nanomètre (nm). Ainsi, dans les solutions de force ionique élevée, détection basée sur la charge (DC) est fondamentalement entravée ^6-8.

Nous surmontons les effets de dépistage de charge en détectant les dipôles moléculaires plutôt que de charges à haute fréquence, en opérant Nanot carboneube transistors à effet de champ que des mélangeurs de haute fréquence ^{de 9 à 11.} Aux fréquences élevées, la force de traction à courant alternatif ne peut plus surmonter la résistance de la solution et les ions en solution n'ont pas suffisamment de temps pour former l'EDL. En outre, la fréquence de mélange technique nous permet d'opérer à des fréquences assez élevées pour surmonter dépistage ionique, et encore détecter les signaux de détection à des fréquences inférieures ^11-12. En outre, la forte transconductance de transistors SWNT offre un gain interne pour le signal de détection, ce qui évite la nécessité d'amplificateur de signal externe.

Ici, nous décrivons le protocole à (a) fabriquer des transistors SWNT, (b) fonctionnaliser biomolécules au nanotube ^13, (c) la conception et le cachet d'un polydiméthylsiloxane (PDMS) de la chambre micro-fluidique ¹⁴ sur l'appareil, et (d) effectuer la détection à haute fréquence de différentes solutions de force ionique ^11.

Introduction

Quand une molécule chargée lie à un capteur électronique SWNT ou NW, il peut soit faire un don / accepter des électrons ou agir comme une barrière électrostatique local. Dans les deux cas, la molécule liée peut modifier la densité de charge dans le canal SWNT ou NO, ce qui conduit à une variation de la conductance de courant continu mesurée du capteur. Une grande variété de molécules ^15-20 ont été détectées avec succès par l'étude des caractéristiques continues des nanocapteurs lors de tels événements contraignants. Même si mécanisme de détection basé charge détection présente de nombreux avantages, y compris la détection sans étiquette ^21, ....