הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

המצאה של Biosensor Nanotube פחמן בתדירות גבוהה Nanoelectronic לחישה בפתרוני כוח יוניים גבוהים

17.8K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/50438

⸱

22 ביולי 2013

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

במאמר זה

סיכום

אנו מתארים את ייצור מכשיר מדידה ולפרוטוקול biosensors בתדר גבוה המבוסס על צינורות פחמן. טכניקת חישת התדירות הגבוהה מפחית את הסיכון (דביי) השפעת ההקרנה יונית הבסיסית ומאפשרת Nanotube biosensor להיות מופעל בפתרונות כוח יוניים גבוהים שבי biosensors אלקטרוני קונבנציונלי נכשלים. הטכנולוגיה שלנו מספקת פלטפורמה ייחודית לbiosensors אלקטרוני הפועלים בתנאים פיסיולוגיים רלוונטיים נקודה של הטיפול (POC).

תקציר

המאפיינים האלקטרוניים הייחודיים ויחסי קרקע בנפח גבוהים של צינורות פחמן אחת חומה (SWNT) ומוליכים למחצה nanowires (NW) 1-4 להפוך אותם למועמדים טובים לbiosensors רגישות גבוהה. כאשר מולקולה טעונה נקשר למשטח חיישן כזה, זה משנה את צפיפות הספק 5 בחיישן, וכתוצאה משינויים במוליכות DC שלה. עם זאת, בפתרון יוני משטח טעון גם מושך יונים ללא מרשם מהפתרון, ויוצר שכבה כפולה חשמלית (אדי). אד זה מסכי ביעילות את תשלום, ובתנאים פיסיולוגיים רלוונטיים ~ 100 millimolar (מ"מ), אורך הקרנת תשלום האופייני (דביי אורך) הוא פחות מ ננומטר (ננומטר). לפיכך, במתן פתרונות כוח יוניים גבוהים, זיהוי מבוסס תשלום (DC) הוא עיכבו 6-8 במהותו.

שלנו להתגבר על השפעות הקרנת תשלום על ידי איתור הדיפולים מולקולריים ולא חיובים בתדירות גבוהה, על ידי הפעלת הפחם nanotהשפעת שדה טרנזיסטורים Ube כמערבלי 9-11 בתדירות גבוהה. בתדרים גבוהים, כוח כונן AC כבר לא יכול להתגבר על גרירת הפתרון ואת היונים בתמיסה אין לי זמן מספיק כדי ליצור את האד. יתר על כן, טכניקת ערבוב תדר מאפשרת לנו לפעול בתדרים גבוהים מספיק כדי להתגבר על הקרנה יונית, ובכל זאת לזהות את אותות חישה בתדרים נמוכים 11-12. כמו כן, transconductance הגבוה של טרנזיסטורים SWNT מספק רווח פנימי לאות החישה, שמייתרת את הצורך במגבר אות חיצוני.

כאן, אנו מתארים לפרוטוקול () לפברק טרנזיסטורים SWNT, (ב) functionalize ביומולקולות לNanotube 13, (ג) לתכנן ולהחתים פולי-dimethylsiloxane (PDMS) קאמרי מייקר fluidic 14 על המכשיר, ו (ד) לבצע חישה בתדירות גבוהה בפתרונות כוח יוניים שונים 11.

מבוא

כאשר מולקולה טעונה נקשר לחיישן אלקטרוני SWNT או NW, זה גם יכול לתרום / לקבל אלקטרונים או לפעול כאלקטרוסטטי שער מקומי. בכל מקרה, מולקולה המאוגדת יכולה לשנות את צפיפות המטען בSWNT או NW הערוץ, שהובילה לשינוי במוליכות DC הנמדד של החיישן. מגוון גדול של מולקולות 15-20 שכבר זוהה בהצלחה על ידי לימוד מאפייני DC של החיישנים הזעירים במהלך אירועים מחייבים כאלה. למרות שיש לו מנגנון חיוב איתור מבוסס חישת יתרונות רבים, כולל זיהוי ללא תווית 21, רגישות FEMTO-טוחנת 22, ואלקטרוניים לקרוא את היכולת 15, הוא יעיל רק בפתרונות כוח יוניים נמוכים. בפתרונות כוח יוניים גבוהים, זיהוי DC הוא הקשו על ידי הקרנה יונית 6-8. משטח טעון מושך יונים ללא מרשם מהפתרון המהווה שכבה כפולה חשמלית (אדי) קרוב לפני השטח. אדי מסכי ביעילות את ההאשמות הללו. כמו tהוא יוני כוח של עליות הפתרון, אדי הופך צר יותר ומגדיל את ההקרנה. השפעת ההקרנה זו מאופיינת על ידי דביי הקרנת אורך λ D,

figure-introduction-1
, שבו ε הוא permittivity דיאלקטרי של התקשורת, k B הוא של הקבוע בולצמן, T הטמפרטורה, q הוא מטען האלקטרון, וג הוא החוזק היוני של תמיסת אלקטרוליט. לפתרון חיץ 100 מ"מ טיפוסיים, λ D הוא סביב 1 ננומטר ומשטח פוטנציאל יוקרן לחלוטין במרחק של כמה ננומטר. כתוצאה מכך, רוב החיישנים המבוססים על nanoelectronic SWNTs או NWS לפעול גם במצב יבש או 20 בפתרונות כוח יוניים נמוכים 5,15,17,21-22 (ג ~ 1 ננומטר- 10 מ"מ), אחרת המדגם צריך לעבור שלבי desalting 15,23. מכשירי אבחון נקודה של טיפול צריכים לפעול בחוזק היוני מבחינה פיזיולוגית רלוונטי באתר של מטופל עם יכולת עיבוד מדגם מוגבלת. לפיכך, השפעת ההקרנה יונית מקלים היא קריטית לפיתוח ויישום של חיישנים ביולוגיים nanoelectronic POC.

שלנו למתן את השפעת ההקרנה יונית על ידי הפעלת חיישן nanoelectronic מבוססת SWNT בטווח תדרי מגהרץ. הפרוטוקול הניתן כאן פרטי הייצור של הטרנזיסטור SWNT מבוסס פלטפורמת nanoelectronic חישה ומדידת ערבוב בתדירות גבוהה לגילוי biomolecular. צינורות פחמן אחת חומה גדלים על ידי שיקוע כימי על מצעים בדוגמת עם פה זרזים 24. לטרנזיסטורים SWNT שלנו, אנו משלבים מושעים העליון שער 25 להציב 500 ננומטר מעל Nanotube, אשר מסייע לשפר את תגובת חיישן בתדירות גבוהה וגם מאפשר לMICR קומפקטיקאמרי O-fluidic לאטום את המכשיר. הטרנזיסטורים SWNT מופעלים כמערבלי 9-11 בתדירות גבוהה על מנת להתגבר על השפעות ההקרנה יוניות הרקע. בתדרים גבוהים, אין להם את היונים הניידים בתמיסה מספיק זמן כדי ליצור את אדי ואת הדיפולים biomolecular תנודות יכול עדיין שער SWNT ליצור ערבוב נוכחי, שהיא אות החישה שלנו. תדירות ערבוב מתעוררת בשל מאפייני IV קוי של ננוצינורית FET. הטכניקה לזיהוי שלנו שונה מהטכניקות המקובלות של זיהוי מבוסס תשלום וספקטרוסקופיה עכבת 26-27. ראשית, אנו מזהים הדיפולים biomolecular בתדירות גבוהה ולא את החיובים הנלווים. שנית, transconductance הגבוה של טרנזיסטור SWNT מספק רווח פנימי לאות החישה. זה מייתר את הצורך בהגברה חיצונית כמו במקרה של מדידות עכבה בתדירות גבוהות. לאחרונה, קבוצות אחרות שהתייחסו גם לגילוי biomolecular בתואר ראשון גבוהckground ריכוזי 23,28. עם זאת, שיטות אלה מעורבות יותר, הדורשים ייצור מורכב או הנדסה כימית זהירה של מולקולות הקולטן. משלב חיישן SWNT התדירות הגבוה שלנו עיצוב פשוט ומנצל את רכוש הערבוב הגלום תדר של טרנזיסטור Nanotube. אנחנו יכולים למתן את השפעות ההקרנה יוניות, ובכך מבטיח פלטפורמת biosensing חדשה לגילוי נקודה של טיפול בזמן אמת, שבו חיישנים ביולוגיים המתפקדים באופן ישיר במצב רלוונטי מבחינה פיזיולוגית הם הרצויים.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. דפוסים זרז לצמיחה SWNT

  1. להתחיל עם פרוסות סיליקון עם לחץ נמוך שיקוע כימי (CVD) גדל 500 ננומטר Si 3 N 4 / SiO סרט 500 ננומטר 2 על העליונה.
  2. ספין מעיל שכבת photoresist (PR) ב 500 סל"ד במשך 5 שניות ולאחר מכן 4,000 סל"ד במשך 40 שניות.
  3. אופים את פרוסות סיליקון ב 115 מעלות צלזיוס למשך 90 שניות.
  4. השתמש photomask עם בורות מלבניות לזרזים (איור 1) ולחשוף את רקיק בקרינה (365 ננומטר) UV של 300 mJ / 2 ס"מ ל0.3 שניות. לאחר החשיפה אופה את פרוסות סיליקון ב 115 מעלות צלזיוס למשך 90 שניות.

טיפ: בורות עיצוב בגדלים שונים למשל 5 מיקרון X 5 מיקרון, מיקרון 10 מיקרון X 5 וכו 'כדי להסביר את השונות בSWNT אדים כימיים בתהליך צמיחה (CVD).

  1. לפתח את רקיק במפתח עבור 70 שניות בעדינות רועדות רקיק בתהליך.
  2. שוטפים את פרוסות עם DI wateR למשך 2 דקות ואז לפוצץ יבש עם אקדח חנקן (N 2).
  3. טען את רקיק התפתח לקרן אלקטרונית מאייד קאמרי והפקדת 0.5 ננומטר ברזל (Fe) בלחץ לשכת 10 -6 טור.
  4. קוביות ופל למתים קטנים יותר 1.5 ס"מ X 1.5 ס"מ.
  5. הסר photoresist על ידי הטבילה באצטון החם וisopropanol (IPA) לכל 10 דקות. זה משאיר מאחורי הזרז פה בבורות מלבנית לצמיחת Nanotube.

2. צמיחת CVD של פחמן

  1. מניחים את מת מצופה הזרז בשפופרת קוורץ של תנור צמיחת CVD.

טיפ: קבע נקודה מתוקה לצמיחת Nanotube. הצמיחה היא אחידה על פני שטח של מורד הזרם 2inch x 2inch לתנור שלנו (איור 2 ג).

  1. לחשל את המצע באוויר ב 880 מעלות צלזיוס במשך שעה אחת כדי להסיר את שאריות photoresist (איור 2 א). לאפשר להתקרר.
  2. לטהר את החדר עם ארגון במשך 5 דקות ב3 SLM (ליטר סטנדרטי לדקה).
  3. כבש את התנור ל 800 מעלות צלזיוס במרכזו של הצינור, תוך שמירה על זרימה של SLM 1 של ארגון (איור 2b).
  4. זרימת 0.2 SLM של מימן למשך 5 דקות כדי להפחית את חלקיקי הזרז כלומר להמיר תחמוצת ברזל לברזל.
  5. להציג 5.5 SCCM (סמ"ק הסטנדרטי לדקה) של אתילן (C 2 H 4) למשך 35 דקות לגדול SWNTs. לשמור על זרימה של H 2 0.2 SLM לאורך כל התהליך. אורכו של SWNTs מתקבל מהמתכון הזה הוא> 20 מיקרון (מיקרומטר).
  6. אפשר לתנור להתקרר לטמפרטורת חדר עם זרימת ארגון קטנה.

3. ייצור טרנזיסטור FET SWNT

  1. עיצוב photomask (איור 1) להגדרת אלקטרודות מקור ניקוז לאפיון (IV) נוכחי במתח של צינורות פחמן.

עצה: הרחב את רפידות מגע אלקטרודה רחוקה APARלא על למות כדי שהם יישארו נגישים גם לאחר שהניח חותמת מיקרו-fluidic באזור Nanotube הפעיל.

  1. בצע את השלבים 1.2 -1.6 להגדיר אזור לתצהיר מתכת עבור אנשי קשר.
  2. ההפקדה טי / Au 0.5 nm/50 ננומטר עבור אנשי קשר מקור ניקוז בתא מאייד אלקטרוני קורה ב10 -6 טור.
  3. השאר את הקובייה באצטון הלילה לשיגור מתכת. לאחר המראה, לטבול את הקובייה בIPA במשך 10 דקות ואז לפוצץ באמצעות יבש N 2 אקדח.
  4. האם שמיכת תצהיר של 500 ננומטר אלקטרוני קורה התאדה SiO 2 לשער דיאלקטרי ב 10 -6 טור.
  5. עיצוב photomask (איור 1) להגדרת האלקטרודה השער.
  6. בצע את השלבים 1.2-1.6 להגדיר אזור לשער מתכת בתצהיר.
  7. להתאדות 50 ננומטר nm/50 Cr / Au כאלקטרודה השער העליונה במאייד אלקטרוני קורה. בצע את השלב 3.4 לשיגור מתכת.

טיפ: השתמש בשכבת כרום עבה כדי להגדיל את כוח oF הושעה שער עליון. ממדי שער הם גם קריטיים להשעיה מוצלחת.

  1. שמיכת הפקדת שכבה דקה (20 ננומטר) של SiO 2 לפסיבציה האלקטרודה העליונה.
  2. עיצוב photomask (איור 1) כדי לפתוח תעלה בSiO 2 כדי לגשת לערוץ Nanotube הפחמן. אזור עיצוב Pad-לחרוט באותה המסכה כדי לפתוח את האזור לגישה מקור, ניקוז ואלקטרודות שער רחוק מערוץ SWNT.
  3. בצע את השלבים 1.2-1.6 לדפוס יחסי הציבור לפתוח את התעלה ללחרוט רטוב של SiO 2.
  4. רטוב לחרוט התאדה SiO 2 שימוש בפתרון BHF 1:20 דקות 3 ו -30 שניות. Si 3 N 4 מספק שכבת תחנה לחרוט כדי למנוע חדירה נוספת של BHF.

טיפ: זמן כיול Etch מומלץ.

  1. לשטוף ביסודיות את המכשיר במי DI, ולאחר מכן טובל אותו בIPA למשך 5 דקות. תייבש באמצעות אקדח N 2. רח המכשירructure נותר בשלמותה בשל שכבת הכרום העבה.

4. Functionalization הכימי של Sidewalls Nanotube פחם

  1. להכין תמיסה של 6 מ"מ 1 pyrenebutanoic חומצת succinimidyl אסתר (PbSe) בdimethylformamide (DMF).
  2. דגירה למות FET SWNT בפתרון מולקולרי זה מקשר במשך שעה 1 בטמפרטורת חדר.
  3. לשטוף ביסודיות את הקובייה בDMF כדי לשטוף את המגיב העודף. מכה יבשה במכשיר.
  4. הכן פתרון 20mg/ml של biotinyl-3, 6 dioxaoctanediamine (ביוטין PEO אמין-BPA) במי DI לbiotinylation של SWNTs.
  5. דגירה למות בפתרון זה עבור 18 שעות לאחר שלשטוף ביסודיות במי DI למות ולפוצץ יבשים. BPA מתחבר למולקולת מקשר PbSe.
  6. הכן פתרון של 1mg/ml streptavidin בפתרון PBS pH 7.2 לstreptavidin מחייב.
  7. למדידות סטטיות, דגירה למות בפתרון streptavidin במשך 20 דקות לfunctionalize SWNT biotinylated לחלוטין. Thoroughly לשטוף ותייבש את הקובייה. לחישה בזמן אמת, להחתים את ערוץ זרימת PDMS (שלב 6) ראשון ולאחר מכן לזרום פתרון streptavidin ברקע חוזק יוני גבוה לstreptavidin מחייב (איור 3).

הערה: אנו לשטוף למות על ידי מחלק DI מים (~ 50 מ"ל) מעל למות באמצעות בקבוק לחיץ. לאחר מכן אנחנו עוברים למנה למות אחר פטרי המכילה מים די ולהזיז את הקובייה סביב דקות 1. אנו חוזרים על שני השלבים כולל של 8-10 פעמים.

5. הכנת polydimethylsiloxane (PDMS) עובש ללשכת נוזלים

  1. , בגביע במשקל לשפוך 9 חלקים לפי משקל של PDMS מונומר ולהוסיף חלק 1, לפי משקל של סוכן ריפוי וביסודיות לערבב בין שתיים.
  2. דגה את התערובת בתא ייבוש עבור 25 דקות. הבועות יעלו באמצעות התערובת ולעזוב.

טיפ: אם התערובת מתחילה קצף, לפרוק את החדר ולתת לו להתיישב לכמהשניות לפני degassing שוב.

  1. מניחים פרוס סיליקון חדשה בצלחת פטרי. יוצקים את תערובת PDMS degassed על גבי זה יש שכבת PDMS של 5 מ"מ מעל פרוסות סיליקון.
  2. מניחים את צלחת פטרי בתנור בחום של 70 מעלות צלזיוס במשך שעה 1.
  3. הסר את צלחת פטרי ולתת לו להתקרר. השתמש באזמל כדי לחתוך את חתיכה מלבנית של PDMS ולמשוך אותו החוצה באמצעות מלקחיים.

טיפ: צד PDMS ישירות במגע עם פרוסות סיליקון הוא נקי ושטוח מאוד. הצד הזה יהיה במגע עם FET SWNT למות. היזהר שלא לזהם אותו.

  1. הנח את הקובייה המלבנית במהופך ולקדוח חור בתוכו באמצעות אגרוף ביופסיה (קוטר 3 מ"מ) מהצד השטוח לצד השני. זה מבטיח שאף קצוות גסים בצד השטוח של PDMS (איור 4 א).
  2. מניחים את חדר PDMS על גבי המכשיר בזהירות על ידי יישורה בחלק העליון של האזור הפעיל מהמת FET SWNT מפוברק (<חזק> איור 4 א, ​​ב). הקש עליו בעדינות כדי לאבטח את החותמת על למות. תופעות האג"ח השטוח כדי למות כדי לספק קאמרי דליפה חזק.

טיפ: ניתן לעשות זאת בעין בלתי מזוינת או באמצעות מיקרוסקופ אופטי עם מרחב עבודה מספיק. אם PDMS לא יידבק היטב (בדרך כלל אם למות ו / או חותמת PDMS היא לא נקי), לעשות פלזמה חמצן (20 וואט, 15 שניות) על מנת לסייע PDMS מליטה. באמצעות כוחות פלזמה גבוהים יותר מאשר זה מוביל למליטה חזקה יותר, לעומת זאת, ראינו קריעה של אלקטרודות תוך הסרת PDMS במקרה כזה.

  1. הסר את חותמת PDMS לאחר בדיקות חשמליות ולפני השלב הבא functionalization כימי על ידי טבילה במי DI למות ובעדינות מרימה את החותמת.

6. הכנת Microfluidic ערוץ זרימה

  1. קח את פרוסות סיליקון נקיות ומניח אותו על צלחת חמה ב 200 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות כדי להסיר כל לחות.
  2. ספין מעיל SU-8 2015 ב 500 סל"ד(שיעור 100 סל"ד / שנייה רמפה) למשך 5 שניות ולאחר מכן 1,250 סל"ד במשך 30 שניות בקצב 300 סל"ד / שנייה רמפה. זה נותן מיקרומטר SU-8 שכבה עבה 30 על פרוסות סיליקון.
  3. לאפות רך רקיק על 95 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות.
  4. עיצוב photomask (איור 4 ג') כדי להגדיר את תבנית 300 מיקרומטר הרחב זרימה בתעלות בחלק העליון של אזור SWNT.

טיפ: כדי למנוע קריסה של מבנה רוחב ערוץ: יחס גובה 10:01 מספיק (300 מיקרומטר: 30 מיקרומטר במקרה זה).

  1. באמצעות photolithography UV 365 ננומטר מגדיר את ערוץ הזרימה עם זמן חשיפה לקרינת UV של 0.9 שניות.
  2. הודעה לאפות למות על 95 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות.
  3. לפתח את התבנית בSU-8 מפתח למשך 5 דקות מלווים בטלטול עדין.
  4. שוטפים את פרוסות בIPA ולפוצץ יבשים עם אקדח N 2.
  5. בצע את השלבים 5.1-5.2 כדי להכין תערובת PDMS.
  6. מניחים את פרוסות עם עובש SU-8 בייבוש, יחד עם ירידה של 2-3 tric סוכן silanizinghloro (3, 3, 3-trifluoropropyl) silane בצלחת פטרי. הפעל את משאבת הוואקום תן רקיק לשבת בואקום במשך שעה 1.
  7. יוצקים את תערובת PDMS degassed על גבי פרוסות סיליקון ולחמם אותו בתנור על 70 מעלות צלזיוס במשך שעה 1.
  8. חותכים את עובש PDMS (שלילי של SU-8) באמצעות אזמל.
  9. מניחים את חותמת PDMS במהופך ובאמצעות אגרוף ביופסיה (בקוטר 0.75 מ"מ) כדי לקדוח חור בכל קצה של ערוץ הזרימה. הקפד לקדוח החור מהצד השטוח (בצד במגע עם פרוסות סיליקון) לשנייה, כדי למנוע קצוות מחוספס (4E איור).
  10. הנח את תא זרימת PDMS על גבי המכשיר בזהירות על ידי יישורה בחלק העליון של האזור הפעיל של מת FET SWNT מפוברק תחת מיקרוסקופ. הקש עליו בעדינות כדי לאבטח את החותמת על למות. תופעות האג"ח השטוח כדי למות כדי לספק קאמרי דליפה חזק. (איור 4 ג'ו4D)
  11. לדחוף צינור פוליאתילן לתוך החורים ולחבר את הקצה השני למקור ומזרק ניקוז (F נוזל4E igure).
  12. צרף את המזרק למערכת משאבת מזרק כדי לשמור על זרימה מבוקרת של הנוזל דרך התעלה (איור 6).

7. הגדרת מדידה חשמלי DC

  1. חבר את המקור וקשר שער של SWNT FET ליציאות מתח של כרטיס DAQ.
  2. חבר את קשר הניקוז ליציאת קלט של כרטיס DAQ דרך מגבר מראש נוכחי.
  3. החל 30 millivolt (mV) למקור קשר, לטאטא את מתח השער ולהקליט נוכחי מהניקוז (איור 5 א).

טיפ: למדידות בתמיסה, לשמור פרמטר לטאטא מתח שער בתוך 0.7 וולט | | כדי למנוע דליפה ותגובה בין האלקטרודה שער המתכת והפתרון.

8. הגדרת מדידה חשמלי AC

  1. לחבר את אות Ref-מ נעילה ב מגבר ליציאת אות האפנון החיצונית על מחולל תדר להתקנת AM freque המווסתפלט ncy.
  2. חברו קשר מקור SWNT FET ליציאת פלט RF AM-מווסתת של מחולל תדר ומתח DC מכרטיס DAQ באמצעות טי הטיה (איור 5 ב ו -5 ג).
  3. להתחבר למגע שער יציאת מתח של כרטיס DAQ.
  4. חבר את קשר הניקוז לנעילה ב מגבר לקרוא נוכחי AC דרך Nanotube. קראו את המשרעת והמופע של זרם דרך יציאות קלט DAQ.
  5. החזק מקור מתח DC בתדר אות 0 וולט ואני ב200 kilohertz (קילוהרץ).
  6. לטאטא את מתח השער ולמדוד את הזרם לטמיון.
  7. להגדיל את התדירות וחזור על שלב 8.6 עבורי מטאטא גרם תמהיל-V בתדרים שונים.

9. מדידות חשמליות בפתרון (אין זרימה)

  1. הכן 1 מ"מ NaCl, 10 מ"מ NaCl ו100 פתרונות המלח NaCl מ"מ החל מפתרון מניות NaCl 5M.
  2. קח את מכשיר SWNT מצעד 3.13. לבצע צעדים 4.1-4.5 להשיג biotinylateמכשיר ד.
  3. בצע את השלב 5 כדי לשים תא PDMS על גבי המכשיר.
  4. למלא את התא עם DI מים באמצעות פיפטה.
  5. בצע את השלב 8 למדידות ערבוב תדרים לתדרים שונים.
  6. חזור על 9.4 לשלושה פתרונות השונים מלח 1 מ"מ NaCl, 10 מ"מ NaCl ו100 מ"מ NaCl.

טיפ: השתמש פיפטה לסגת פתרון קודם ולאחר מכן לשטוף את החדר מספר פעמים עם הפתרון החדש. תמיד לעבור מנמוך לפתרונות ריכוז גבוהים.

  1. הסר את חותמת PDMS בעדינות על ידי הרמת החותמת עם פינצטה.
  2. לשטוף ביסודיות את המכשיר עם מים די.
  3. לבצע streptavidin מחייב, כמוסבר ב4.6-4.7.
  4. חזור על שלבים 9.3-9.6.

10. מדידת חשמל בפתרון (זרימה בזמן אמת)

  1. הכן תמיסת מלח NaCl 100 מ"מ החל מפתרון מניות NaCl M 5.
  2. קח את מכשיר SWNT מSTEעמ '3.13. לבצע צעדים 4.1-4.5 להשיג מכשיר biotinylated.
  3. הנח את ערוץ זרימת מיקרו-fluidic על המכשיר לאחר שלב 6 .. חבר מזרק ריק בקצה אחד של ערוץ מיקרו-fluidic להפעלת מצב נסיגה. בקצה השני לצרף מזרק עם פתרון רקע של 100 מ"מ NaCl.
  4. הגדרת מדידת החשמל כמפורט בשלב 8. תקן את התדירות (F = 10 MHz) ושער מתח ההטיה (V = 0).
  5. התחל משאבת מזרק במצב נסיגה (קצב זרימה = שעה 0.4 מ"ל -1) ולנטר את האות הנוכחית עם זמן. החלף הפתרון ל1mg/ml streptavidin ב100 מ"מ NaCl ושינוי אות צג לstreptavidin-ביוטין מחייב (איור 6).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורקת של טרנזיסטור SWNT עם שער עליון מושעה מוצגת באיור 7 א. את ממדי השער הם קריטיים להשעיה 25. ממדי העיצוב הנוכחיים הם (אורך X רוחב X עובי = 25 מיקרומטר x 1 מיקרומטר x 100 ננומטר). אלקטרודת השער מורכבת של 50 ננומטר Cr/50 ננומטר Au; שכבת כרום עבה מוסיפה יותר כוח למבנה על תנאי. המבנה המושעה אושר על ידי היעדר זליגת זרם בין שער וניקוז (איור 7) העליון.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

הצמיחה של צינורות פחמן תלויה לא רק בתנאים תנור, אלא גם ניקיון מצע. קצב זרימת הגז, הטמפרטורה והלחץ האופטימלית לצמיחה צריכים לכייל בזהירות וברגע שנקבעו שהם פחות או יותר יציבים. אפילו עם שעמדו בתנאים אלה, מצאנו כי הצמיחה תלויה באזור זרז הדוגמת, הסכום של זרז וניקיון מצע. לפיכך, אנו משולבים גדלים בור זרז רבים כדי להסביר את השונות בצמיחה. טמפרטורה גבוהה שעה אחת לחשל צעד סייע להסיר מזהמים כמו כל יחסי ציבור ועוד שאריות מהמצע. איור 2 ממחיש את התנאים שאמצנו לצמיחת SWNT.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

תודות

אנו מודים לפרופ 'פול McEuen באוניברסיטת קורנל לדיון מוקדם. העבודה נתמכת על ידי הקרן הזנק לספק על ידי אוניברסיטת מישיגן ותכנית הקרן הלאומית למדע מדרגי Nanomanufacturing (DMR-1,120,187). עבודה זו נעשתה שימוש במתקן Nanofabrication לוריא באוניברסיטת מישיגן, חבר ברשת ננוטכנולוגיה התשתיות הלאומית מומנה על ידי הקרן הלאומית למדע.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
REAGENTS<
פרוסות סיליקון (סוג P, < 100>, 500-550 μ מטר עבה)עמק הסיליקון מיקרואלקטרוניקה
SPR 220 3.0דאו (רוהם והאס)Megaposit SPRPPE
AZ 300MIFAZ Electronic Material CorporationPPE
אצטוןJ T Baker9005-05PPE
איזופרופנול (IPA)J T Baker9079-05
חומצה הידרופלואורית חוצצת טרנסאןPPE
1-חומצה בוטנואית פירן, סוקסינימידיל אסטרבדיקות מולקולריותP130PPE
ביוטין PEO אמיןתרמו מדעיEZ- Link PEG2 ביוטין, # 21346PPE
StreptavidinInvitrogenS 888PPE
DimethylformamideMP Biomedicals0219514791PPE
Polydimethylsiloxane אלסטומר בסיס וחומר ריפויDow CorningSylgard 184 ערכת אלסטומרPPE
SU-8 2015MicrochemY111064PPE
SU-8 מפתחMicrochemY020100PPE
חומר סילניזציהSigma Aldrich452807PPE
מימןבתוספתLNF
אתילןטוהר בתוספתLNF
ארגוןטוהר פלוסLNF
סיגמא אולדריץ'PBS1
EQUIPMENT
ציוד המסופק על ידי מתקן הננו-ייצור של לוריא (אוניברסיטת מישיגן) מסומן כ-LNF בעמודת הקטלוג.
GCA 200 AutostepperGCALNF
כלי תצהיר אדים כימי בלחץ נמוךTempressLNF
מאייד קרן אלקטרוניתEnerjetLNF
CNT תנור גידולראשון ננוצינור קל 3000 (LNF)
מסכות פוטוננופילםLNF
צלחת פטרי (150 מ"מ)LNF
מייבשבל-ארטF420100000
ביופסיה אגרוףטד פלה15071/78
אזמלטד פלה548
צינורות פוליאתילן PE-50VWR20903-414
משאבת מזרקמשאבות עידן חדשNE-1000
מזרקפישר מדעיBD בטיחות-לוק מזרקים
מחטי מזרקפישר סיינטיפיק14-821-13A
כרטיס DAQNational Instruments779111-01
מחבר GPIBNational Instruments778032-51
מגבר נעילהסטנפורד מערכות מחקרSR 830
מחולל תדריםHP Agilent8648B, 9kHz -2GHz
טי הטיהPicosecond5575A-104
מגבר זרםDL Instruments, LLCDL 1211
BNC כבליםAllied Electronics665-xxxx
SMASentro Tech CorpSCF65141
td colspan="4">ריאגנטים שסופקו במתקן הננו-ייצור של לוריא (אוניברסיטת מישיגן) מסומנים כ-LNF בעמודת הקטלוג. כימיקלים הדורשים ציוד מגן (כפפות, משקפי מגן, מסכת פנים, סינר) ו/או מכסה אדים מסומנים ב-PPE בסעיף התגובות.טוהר מערכת מלח מאגר פוספט מערכות

מקורות

  1. Dekker, C. Carbon nanotubes as molecular quantum wires. Phys. Today. 52, 22-28 (1999).
  2. McEuen, P. L., Fuhrer, M. S., Park, H. K. Single-walled carbon nanotube electronics. IEEE Transactions on Nanotechnology. 1, 78-85 (2002).
  3. Duan, X. F., Huang, Y., Cui, Y., Wang, J. F., Lieber, C. M. Indium phosphide nanowires as building blocks for nanoscale electronic and optoelectronic devices. Nature. 409, 66-69 (2001).
  4. Cui, Y., Zhong, Z. H., Wang, D. L., Wang, W. U., Lieber, C. M. High performance silicon nanowire field effect transistors. Nano Letters. 3, 149-152 (2003).
  5. Heller, I., Janssens, A. M., et al. Identifying the mechanism of biosensing with carbon nanotube transistors. Nano Letters. 8, 591-595 (2008).
  6. Stern, E., Wagner, R., et al. Importance of the debye screening length on nanowire field effect transistor sensors. Nano Letters. 7, 3405-3409 (2007).
  7. Zhang, G. J., Zhang, G., et al. DNA sensing by silicon nanowire: Charge layer distance dependence. Nano Letters. 8, 1066-1070 (2008).
  8. Sorgenfrei, S., Chiu, C. -y, Johnston, M., Nuckolls, C., Shepard, K. L. Debye Screening in Single-Molecule Carbon Nanotube Field-Effect Sensors. Nano Letters. 11, 3739-3743 (2011).
  9. Appenzeller, J., Frank, D. J. Frequency dependent characterization of transport properties in carbon nanotube transistors. Applied Physics Letters. 84, 1771-1773 (2004).
  10. Rosenblatt, S., Lin, H., Sazonova, V., Tiwari, S., McEuen, P. L. Mixing at 50 GHz using a single-walled carbon nanotube transistor. Applied Physics Letters. 87, (2005).
  11. Kulkarni, G. S., Zhong, Z. H. Detection beyond the Debye Screening Length in a High-Frequency Nanoelectronic Biosensor. Nano Letters. 12, 719-723 (2012).
  12. Sazonova, V. A Tunable Carbon Nanotube Resonator. , Cornell University. (2006).
  13. Chen, R. J., Zhang, Y. G., Wang, D. W., Dai, H. J. Noncovalent sidewall functionalization of single-walled carbon nanotubes for protein immobilization. Journal of the American Chemical Society. 123, 3838-3839 (2001).
  14. Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane. Analytical Chemistry. 70, 4974-4984 (1998).
  15. Zheng, G. F., Patolsky, F., Cui, Y., Wang, W. U., Lieber, C. M. Multiplexed electrical detection of cancer markers with nanowire sensor arrays. Nature Biotechnology. 23, 1294-1301 (2005).
  16. Star, A., Han, T. R., Gabriel, J. C. P., Bradley, K., Gruner, G. Interaction of aromatic compounds with carbon nanotubes: Correlation to the Hammett parameter of the substituent and measured carbon nanotube FET response. Nano Letters. 3, 1421-1423 (2003).
  17. Besteman, K., Lee, J. O., Wiertz, F. G. M., Heering, H. A., Dekker, C. Enzyme-coated carbon nanotubes as single-molecule biosensors. Nano Letters. 3, 727-730 (2003).
  18. Snow, E. S., Perkins, F. K., Houser, E. J., Badescu, S. C., Reinecke, T. L. Chemical detection with a single-walled carbon nanotube capacitor. Science. 307, 1942-1945 (2005).
  19. Kong, J., Franklin, N. R., et al. Nanotube molecular wires as chemical sensors. Science. 287, 622-625 (2000).
  20. Star, A., Tu, E., et al. Label-free detection of DNA hybridization using carbon nanotube network field-effect transistors. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103, 921-926 (2006).
  21. Patolsky, F., Zheng, G. F., Lieber, C. M. Nanowire-based biosensors. Analytical Chemistry. 78, 4260-4269 (2006).
  22. Stern, E., Klemic, J. F., et al. Label-free immunodetection with CMOS-compatible semiconducting nanowires. Nature. 445, 519-522 (2007).
  23. Krivitsky, V., Hsiung, L. -C., et al. Nanowires Forest-Based On-Chip Biomolecular Filtering, Separation and Preconcentration Devices: Nanowires Do it All. Nano Letters. 12, 4748-4756 (2012).
  24. Kong, J., Soh, H. T., Cassell, A. M., Quate, C. F., Dai, H. J. Synthesis of individual single-walled carbon nanotubes on patterned silicon wafers. Nature. 395, 878-881 (1998).
  25. Liu, G., Velasco, J., Bao, W. Z., Lau, C. N. Fabrication of graphene p-n-p junctions with contactless top gates. Applied Physics Letters. 92, (2008).
  26. Katz, E., Willner, I. Probing biomolecular interactions at conductive and semiconductive surfaces by impedance spectroscopy: Routes to impedimetric immunosensors, DNA-Sensors, and enzyme biosensors. Electroanalysis. 15, 913-947 (2003).
  27. K'Owino, I. O., Sadik, O. A. Impedance spectroscopy: A powerful tool for rapid biomolecular screening and cell culture monitoring. Electroanalysis. 17, 2101-2113 (2005).
  28. Elnathan, R., Kwiat, M., et al. Biorecognition Layer Engineering: Overcoming Screening Limitations of Nanowire-Based FET Devices. Nano Letters. 12, 5245-5254 (2012).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

המצאה של Biosensor Nanotube פחמן בתדירות גבוהה Nanoelectronic לחישה בפתרוני כוח יוניים גבוהים
צור קשר
המלצה לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

2026 © זכויות יוצרים MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.