Fabbricazione di Nanotubi di carbonio ad alta frequenza Nanoelectronic biosensore per la rilevazione in alta forza ionica Solutions

Sommario

Descriviamo la fabbricazione del dispositivo e il protocollo di misura per la base di nanotubi di biosensori ad alta frequenza di carbonio. La tecnica di rilevamento ad alta frequenza riduce la ionica (Debye) effetto fondamentale di screening e permette di nanotubi biosensore per essere utilizzato in soluzioni ad alta forza ionica dove biosensori elettronici convenzionali non riescono. La nostra tecnologia fornisce una piattaforma unica per il point-of-care (POC) biosensori elettronici operanti in condizioni fisiologicamente rilevanti.

Abstract

Le proprietà elettroniche uniche e coefficienti elevati superficie-volume di nanotubi di carbonio a parete singola (SWNT) e nanofili semiconduttori (NO) ^1-4 li rendono ottimi candidati per biosensori ad alta sensibilità. Quando una molecola carica lega a una tale superficie del sensore, altera la densità trasportatore ⁵ nel sensore, causando cambiamenti nella sua conduttanza DC. Tuttavia, in una soluzione ionica una superficie carica attrae anche contro-ioni dalla soluzione, formando un doppio strato elettrico (EDL). Questo EDL scherma efficacemente fuori la carica, e in condizioni fisiologicamente rilevanti ~ 100 millimolare (MM), la caratteristica lunghezza di screening di carica (lunghezza di Debye) è inferiore a un nanometro (nm). Così, in soluzioni ad alta forza ionica, rilevamento basato carica (CC) è fondamentalmente ostacolata ^6-8.

Superiamo effetti di screening carica rilevando dipoli molecolari piuttosto che oneri ad alta frequenza, operando carbonio Nanotube effetto di campo come mixer ad alta frequenza ^9-11. Alle alte frequenze, la forza di azionamento AC non può più superare la soluzione di trascinamento e gli ioni in soluzione non hanno il tempo sufficiente a formare l'EDL. Inoltre, la frequenza di tecnica di miscelazione ci consente di operare a frequenze abbastanza alte per superare lo screening ionica, e tuttavia di rilevare i segnali di rilevamento a frequenze più basse ^11-12. Inoltre, l'elevata transconduttanza dei transistori SWNT fornisce un guadagno interno per il segnale di lettura, che evita la necessità di amplificatore di segnale esterno.

Qui, descriviamo il protocollo da (a) fabbricare transistor SWNT, (b) funzionalizzare biomolecole per il nanotubo ^13, (c) progettare e timbrare un poli-dimetilsilossano (PDMS) camera di micro-fluidica ¹⁴ sul dispositivo, e (d) svolgere sensing ad alta frequenza in diverse soluzioni resistenza ionica ^11.

Introduzione

Quando una molecola carica si lega ad un sensore elettronico o SWNT NW, può sia donare / accettare elettroni o agire come un cancello elettrostatico locale. In entrambi i casi, la molecola legata può alterare la densità di carica nella SWNT o canale NW, portando ad un cambiamento della conduttanza CC misurata del sensore. Una grande varietà di molecole ^15-20 aver rilevato con successo studiando caratteristiche CC dei nanosensori durante tali eventi di legame. Anche se la carica di rilevamento basato meccanismo di rilevamento ha molti vantaggi tra cui la rilevazione di etichette-free ^21, sensibilità femto-molare ^22, e leggere elettroni....

Protocollo

1. Patterning catalizzatore per la crescita SWNT

1. Inizia con un wafer di silicio con una pressione di deposizione di vapore chimico basso (CVD), cresciuto a 500 nm Si ₃ N _4/500 nm SiO ₂ pellicola sulla parte superiore.
2. Spin cappotto uno strato di fotoresist (PR) a 500 rpm per 5 sec e poi 4.000 rpm per 40 sec.
3. Cuocere il wafer a 115 ° C per 90 sec.
4. Utilizzare un photomask con box rettangolari per catalizzatori (Figura 1) ed esporre il wafer in UV (365 nm), irradianza di 300 mJ / cm ² per 0,3 sec. Dopo l'esposizione cuocere il wafer a 115 ° C per 90 sec.

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Risultati

Un microscopio elettronico a scansione immagine di transistor SWNT con un cancello alto sospesa è mostrato in Figura 7a. Le misure della porta sono critici per sospensione ^25. Le attuali dimensioni di design sono (lunghezza x larghezza x spessore = 25 micron x 1 micron x 100 nm). L'elettrodo di gate è costituito da 50 nm Cr/50 nm di Au; uno strato di spessore cromo aggiunge più forza per struttura sospesa. La struttura sospesa è confermata dalla mancanza di corrente tra top gate e drain <.......

Discussione

La crescita di nanotubi di carbonio dipende non solo dalle condizioni di forni ma anche substrato pulizia. L'ottimale della portata del gas, temperatura e pressione per la crescita devono calibrata attentamente e quando fissati sono più o meno stabile. Anche con l'essere soddisfatte queste condizioni, abbiamo scoperto che la crescita dipende dalla zona catalizzatore fantasia, quantità di catalizzatore e substrato pulizia. Quindi, abbiamo incorporato più dimensioni pit catalizzatore per tenere conto della variabi.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
REAGENTS
I reagenti che sono stati forniti all'interno della Lurie Nanofabrication Facility (Università del Michigan) sono contrassegnati come LNF nella colonna del catalogo. Le sostanze chimiche che richiedono dispositivi di protezione (guanti, occhiali di sicurezza, mascherina, grembiule) e/o cappa aspirante sono indicate con DPI nella sezione commenti.
Ostie di silicio (tipo P, < 100>, 500-550 μ Silicon	Valley Microelectronics
SPR 220 3.0	Dow (Rohm and Haas)	Megaposit SPR	PPE
AZ 300MIF	AZ Electronic Material Corporation		PPE
Acetone	J T Baker	9005-05	PPE
Isopropanolo (IPA)	J T Baker	9079-05
Acido fluoridrico tamponato	Transene		PPE
1-Pirene Acido butanoico, succinimidil estere	Sonde molecolari	P130	PPE
Biotina PEO Ammina	Thermo Scientific	EZ- Link PEG2 Biotina, # 21346	PPE
Streptavidina	Invitrogen	S 888	PPE
Dimetilformammide	MP Biomedicals	0219514791	DPI
Polidimetilsilossano Elastomero Base e Agente Indurente	Dow Corning	Sylgard 184 Kit Elastomero	PPE
SU-8 2015	Microchem	Y111064	PPE
SU-8 Sviluppatore	Microchem	Y020100	DPI
Agente silanizzante	Sigma Aldrich	452807	PPE
Idrogeno	Purezza Plus	LNF
	Etilene Purezza Plus	LNF
Argon	LNF		Purity Plus
	Sigma Aldrich	PBS1
EQUIPMENT
L'attrezzatura fornita da Lurie Nanofabrication Facility (Università del Michigan) è indicata come LNF nella colonna del catalogo.
GCA 200 Autostepper	GCA	LNF
Strumento di deposizione chimica da vapore a bassa pressione	Tempress	LNF
e-beam Evaporatore	Enerjet	LNF
Forno di crescita	CNT First Nano	Easy Tube 3000 (LNF)
Fotomaschere	Nanofilm	LNF
Piastra di Petri (150 mm)		LNF
Essiccatore	Bel-Art	F420100000
Punzone per biopsia	Ted Pella	15071/78
Bisturi	Ted Pella	548
Tubo in polietilene PE-50	VWR	20903-414
Pompa a siringa	New Era Sistemi di pompaggio	NE-1000
Siringa	Fisher Scientific	BD Safety-Lok
Aghi per siringa	Fisher Scientific	14-821-13A
Scheda DAQ	National Instruments	779111-01
Connettore GPIB	National Instruments	778032-51
Amplificatore lock-in	Stanford Research Systems	SR 830
Generatore di frequenza	HP Agilent	8648B, 9kHz -2GHz
Bias Tee	Picosecondo	5575A-104
Preamplificatore di corrente	DL Instruments, LLC	DL 1211
Cavi BNC	Allied Electronics	665-xxxx
Cavi SMA	Sentro Tech Corp	SCF65141

Sistema salino tampone fosfato