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

L’objectif global de l’expérience suivante est de faire la démonstration d’une nouvelle plate-forme de détection nanoélectrique pour la détection biomoléculaire au point de service dans des solutions à haute force ionique. Ceci est réalisé en utilisant des transistors à effet de champ en nanotubes de carbone à paroi unique à haute fréquence pour atténuer l’effet de criblage ionique. Tout d’abord, les transistors à nanotubes sont fabriqués et fonctionnalisés avec des molécules réceptrices.

Dans un deuxième temps, les dispositifs sont encapsulés avec un canal d’écoulement microfluidique, qui permet d’injecter des solutions d’échantillons de biomolécules pour une détection en temps réel. Ensuite, les transistors à nanotube de carbone à paroi unique sont exploités comme des mélangeurs à haute fréquence. Afin de surmonter un effet de criblage ionique à haute fréquence d’entraînement, les ions et les solutions ne peuvent plus filtrer efficacement le capteur à nanotube, permettant ainsi de détecter les moments dipolaires oscillants des biomolécules liées à la surface.

Les résultats montrent la détection d’un streptocoque avide et d’une liaison à la biotine dans une solution de fond de 100 millimolaires basée sur la surveillance des changements de courant de mélange à une fréquence d’entraînement de 10 mégahertz. Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes telles que la détection en courant continu, est qu’elle surmonte l’effet de filtrage du dispositif, qui entrave fondamentalement la détection du courant dur dans les solutions à haute force ionique. Contrairement aux capteurs traditionnels basés sur la détection de charge, notre méthode détecte les moments dipolaires des biomolécules en explorant la réponse en haute fréquence des transistors à nanotubes.

Placez d’abord un masque photo avec des fosses rectangulaires pour catalyseur sur une plaquette de silicone recouverte de photorésine et exposez-le à un rayonnement UV I de 300 millijoules par centimètre carré pendant 0,3 seconde. Chargez la plaquette développée dans une chambre d’évaporation à faisceau d’électrons et déposez 0,5 nanomètre de fer à une pression de chambre de 10 puissance moins six tor. Après avoir coupé la plaquette de silicium enrobée de catalyseur de la chambre en colorants plus petits, placez-les sur un bateau en quartz et chargez le bateau dans le four de croissance CVD Programmez le four pour augmenter le four à 800 degrés Celsius au centre du tube tout en maintenant un débit d’un SLM d’argon.

Faites couler 0,2 SLM d’hydrogène pendant cinq minutes pour réduire les particules du catalyseur et convertir l’oxyde de fer en fer. Ensuite, 5,5 SCCM d’éthylène sont introduits pendant 35 minutes pour faire croître le S wts. Un débit d’hydrogène de 0,2 SLM est maintenu tout au long du processus.

Après avoir refroidi à température ambiante avec un petit flux d’argon, retirez le colorant du four. Après avoir défini la zone de dépôt de métal pour les contacts, placez le colorant dans la chambre d’évaporation, puis déposez 0,5 nanomètre de titane et 50 nanomètres d’or comme source et drainez les métaux de contact dans une chambre d’évaporation par faisceau d’électrons à moins six tor. Une fois terminé, faites tremper le colorant et l’acétone pendant la nuit pour le décollage du métal.

Trempez ensuite un isopropanol pendant 10 minutes et séchez-le avec de l’azote. Ensuite, remettez le colorant dans la chambre d’évaporation et déposez 500 nanomètres de dioxyde de silicone évaporé par faisceau d’électrons à 10 à la force moins six pour s’évaporer, 50 nanomètres de chrome et 50 nanomètres d’or comme électrode de porte supérieure dans l’évaporateur à faisceau d’électrons. Après avoir modelé la résine photo, humide et gravé, le dioxyde de silicone évaporé à l’aide d’une solution d’acide fluorhydrique tamponnée de un à 20 pendant trois minutes et 30 secondes.

Préparez maintenant une solution de six millimolaires de PBSE dans du diméthylformamide, incubez le S-W-N-T-F-E-T-D dans la solution de molécule de liaison PBSE pendant une heure à température ambiante. Ensuite, préparez une solution de 20 milligrammes par millilitre d’amine. Fixez deux biotines dans de l’eau désionisée.

Incuber le colorant dans cette solution pendant 18 heures. Ensuite, rincez abondamment le colorant à l’eau déminéralisée. Répétez le rinçage huit à 10 fois, puis séchez-le.

Placez une nouvelle plaquette de silicium dans une boîte de Pétri et versez un mélange DGAs PDMS dans la boîte jusqu’à ce que le mélange soit à cinq millimètres au-dessus de la plaquette. Ensuite, placez la boîte de Pétri dans un four à 70 degrés Celsius pendant une heure. Sortez la boîte de Pétri du four et laissez la gaufrette refroidir à température ambiante.

À l’aide d’un scalpel, découpez un morceau rectangulaire de PDMS et retirez-le à l’aide d’une pince à épiler. Placez ensuite le colorant rectangulaire à l’envers et percez un trou dans le côté plat à l’aide d’un poinçon de biopsie de trois millimètres. Après avoir placé le colorant sous le microscope, placez soigneusement la chambre PDMS sur le colorant en l’alignant sur la zone active des dispositifs S-W-N-T-F-E-T fabriqués.

Placez une plaquette de silicium avec un moule SU eight dans une boîte de Pétri et ajoutez deux à trois gouttes de sérum physiologique tri-chloro. 3 3 3 tri fluoro propylique. Placez la boîte de Pétri dans une chambre à vide pendant une heure après avoir retiré la boîte de Pétri du vide.

Versez le mélange DGA PDMS sur la gaufrette et chauffez-la dans un four à 70 degrés Celsius pendant une heure. Lorsque vous avez terminé, sortez la boîte de Pétri du four et laissez la gaufrette refroidir à température ambiante. Après avoir découpé un tampon PDMS rectangulaire, placez-le à l’envers et percez un trou à chaque extrémité du canal d’écoulement à l’aide d’un poinçon de biopsie de 0,75 millimètre.

Après avoir placé le colorant sous le microscope, placez soigneusement la chambre d’écoulement PDMS sur le colorant en l’alignant sur la zone active des dispositifs S-W-N-T-F-E-T fabriqués. Ensuite, enfoncez un tube en polyéthylène dans chaque trou et connectez un tube à un cylindre de seringue à source de fluide et l’autre tube à une seringue de drainage. Fixez la seringue à un pousse-seringue pour maintenir un débit de fluide contrôlé à travers le canal.

Pour configurer la sortie de fréquence modulée AM, connectez le signal de sortie de référence de l’amplificateur de verrouillage au port de signal de modulation externe du générateur de fréquence. Ensuite, connectez la sortie RF modulée AM et la tension continue à une polarisation T et connectez la sortie de la polarisation T au contact de la source SWNT. Connectez ensuite le contact de grille au port de tension de la carte DAC pour lire le courant alternatif à travers le nanotube.

Connectez le contact de vidange à un amplificateur de verrouillage. Connectez les ports d’amplitude et de phase de l’amplificateur de verrouillage aux ports d’entrée du DAC. Maintenez la tension continue de la source à zéro volt et la fréquence du signal A à 200 kilohertz.

Balayez la tension de la grille et mesurez le courant du drain. Remplissez la chambre de fluide avec de l’eau déminéralisée à l’aide d’une pipette. Effectuez la mesure électrique AC.

Répétez l’opération avec un millimolaire de chlorure de sodium, 10 millimolaires de chlorure de sodium et 100 millimolaires de chlorure de sodium. Et mesurez la réponse de l’appareil pour chaque solution. Après avoir placé le canal d’écoulement microfluidique sur l’appareil, connectez un tube à une seringue vide placée sur le pousse-seringue et connectez l’autre tube à un corps de seringue et remplissez-le d’une solution de chlorure de sodium de 100 millimolaires.

Réglez le pousse-seringue en mode de retrait. Une solution de chlorure de sodium de 100 millimolaires est aspirée dans le tube. Le courant peut être surveillé sur l’ordinateur.

Ensuite, passez la solution à un milligramme par millilitre de streptavidine dans du chlorure de sodium de 100 millimolaires, et surveillez le changement de courant en temps réel pour la liaison à la biotine de la streptavidine Une image au microscope électronique à balayage du transistor S SW NT avec une porte supérieure suspendue est présentée ici. L’électrode est composée de 50 nanomètres de chrome et de 50 nanomètres d’or, et une épaisse couche de chrome ajoute de la résistance à la structure suspendue. La structure suspendue est confirmée par l’absence de courant de fuite entre la porte supérieure et le drain.

Pour caractériser le succès de la fonctionnalisation des flancs, les changements dans les courbes de transfert FET DC dans l’air. Après chaque étape de fonctionnalisation ont été suivis. La courbe de transfert pour les nanotubes FET vierges se déplace vers la droite après la biotation et la liaison streptococcique d’Aden illustrée.

Voici le signal de détection à courant mixte mesuré en fonction de la tension de marche pour un dispositif typique dans du chlorure de sodium de 100 millimolaires. Le graphique montre les courbes du courant continu, du courant mixte et du courant mixte théorique. Les données démontrent que les résultats du courant de mélange concordent bien avec un modèle théorique.

Les résultats représentatifs des mesures statiques et des mesures de débit en temps réel sont présentés ici. Les courbes de courant de mélange en fonction de la tension de marche représentent le SWNT biotinylé et lié à la streptavidine dans 100 millimolaires de chlorure de sodium. Le courant de mélange change lors de la liaison de la streptavidine dans l’expérience d’écoulement en temps réel.

Le changement de signal a également été mesuré avant et après la liaison de la streptavidine dans un dispositif de contrôle au silicium et oxydé dans de l’eau désionisée à différentes fréquences, il n’y a pas de changement après la liaison, indiquant que le mécanisme de détection est dû à l’interaction de la biomolécule SWNT à haute fréquence. Cette technique de mesure peut être appliquée en général à des biocapteurs électroniques à base de nanotubes ou de graphène, et peut être effectuée directement dans des solutions de fond à haute force ionique sans avoir besoin d’étapes chronophages comme le dessalage.