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

L'obiettivo generale del seguente esperimento è quello di dimostrare una nuova piattaforma di rilevamento nanoelettrico per il rilevamento biomolecolare point of care in soluzioni ad alta forza ionica. Ciò si ottiene facendo funzionare transistor ad effetto di campo a nanotubo di carbonio a parete singola ad alta frequenza per mitigare l'effetto di schermatura ionica. In primo luogo, i transistor a nanotubi vengono fabbricati e funzionalizzati con molecole recettoriali.

In una seconda fase, i dispositivi sono incapsulati con un canale di flusso microfluidico, che consente di iniettare soluzioni di campioni di biomolecole per il rilevamento in tempo reale. Successivamente, i transistor di combustibile a nanotubo di carbonio a parete singola vengono azionati come miscelatori ad alta frequenza. Al fine di superare un effetto di screening ionico ad alta frequenza di pilotaggio, gli ioni e le soluzioni non possono più schermare efficacemente il sensore a nanotubi, consentendo di rilevare i momenti di dipolo oscillanti delle biomolecole legate alla superficie.

I risultati mostrano il rilevamento del legame con lo streptococco e della biotina in una soluzione di fondo da 100 millimolari basata sul monitoraggio delle variazioni della corrente di miscelazione a una frequenza di guida di 10 megahertz. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti come il rilevamento di corrente continua, è che supera l'effetto di screening del dispositivo, che fondamentalmente impedisce il rilevamento della corrente durante le soluzioni ad alta intensità ionica. A differenza dei tradizionali sensori basati sul rilevamento della carica, il nostro metodo rileva i momenti di dipolo delle biomolecole esplorando la risposta ad alta frequenza dei transistor a nanotubi.

Per prima cosa posizionare una maschera fotografica con pozzi rettangolari per catalizzatore su un wafer di silicone rivestito di fotoresist ed esporla a una radianza UV I di 300 millijoule per centimetro quadrato per 0,3 secondi. Caricare il wafer sviluppato in una camera di evaporazione a fascio di elettroni e depositare 0,5 nanometri di ferro a una pressione della camera di 10 al sei tor negativo. Dopo aver tagliato il wafer di silicio rivestito di catalizzatore dalla camera in coloranti più piccoli, posizionarli su una barca di quarzo e caricare la barca nel forno di crescita CVD Programmare il forno per aumentare il forno a 800 gradi Celsius al centro del tubo mantenendo un flusso di un SLM di argon.

Flusso di 0,2 SLM di idrogeno per cinque minuti per ridurre le particelle del catalizzatore e convertire l'ossido di ferro in ferro. Quindi vengono introdotti 5,5 SCCM di etilene per 35 minuti per far crescere il peso S. Durante tutto il processo viene mantenuto un flusso di idrogeno di 0,2 SLM.

Dopo aver raffreddato a temperatura ambiente con un piccolo flusso di argon, rimuovere il colorante dal forno. Dopo aver definito l'area per la deposizione del metallo per i contatti, posizionare il colorante nella camera di evaporazione, quindi depositare 0,5 nanometri di titanio e 50 nanometri di oro come sorgente e drenare i metalli di contatto in una camera di evaporazione a fascio di elettroni a tendere al sei tor. Al termine, immergere il colorante e l'acetone durante la notte per il decollo del metallo.

Quindi immergere un isopropanolo per 10 minuti e asciugare con azoto. Quindi riposizionare il colorante nella camera di evaporazione e depositare 500 nanometri di biossido di silicone evaporato a fascio di elettroni a 10 per l'evaporazione negativa, 50 nanometri di cromo e 50 nanometri di oro come elettrodo di gate superiore nell'evaporatore a fascio di elettroni. Dopo aver modellato il fotoresist a umido, incidere il biossido di silicone evaporato utilizzando una soluzione di acido fluoridrico tamponato da uno a 20 per tre minuti e 30 secondi.

Preparare ora una soluzione di PBSE da sei millimolari in dimetilformammide, incubare S-W-N-T-F-E-T-D nella soluzione della molecola linker PBSE per un'ora a temperatura ambiente. Successivamente, preparare una soluzione di ammina da 20 milligrammi per millilitro. Mettere due biotina in acqua deionizzata.

Incubare il colorante in questa soluzione per 18 ore. Quindi sciacquare accuratamente il colorante in acqua deionizzata. Ripetere il risciacquo da otto a 10 volte, quindi asciugare con il phon.

Metti un nuovo wafer di silicone in una capsula di Petri e versa una miscela DGAs PDMS nella piastra fino a quando la miscela non si trova a cinque millimetri sopra il wafer. Quindi, metti la capsula di Petri in forno a 70 gradi Celsius per un'ora. Togliete la capsula di Petri dal forno e lasciate raffreddare l'ostia a temperatura ambiente.

Usa un bisturi per ritagliare un pezzo rettangolare di PDMS ed estrarlo usando una pinzetta. Quindi posizionare il colorante rettangolare capovolto e praticare un foro attraverso il lato piatto usando un punzone per biopsia da tre millimetri. Dopo aver posizionato il colorante al microscopio, posizionare con cura la camera PDMS sopra il colorante allineandola sopra l'area attiva dei dispositivi S-W-N-T-F-E-T fabbricati.

Mettere un wafer di silicone con uno stampo SU otto in una capsula di Petri e aggiungere due o tre gocce di tri Chloro. 3 3 3 tri fluoro propyl salino. Mettere la capsula di Petri in una camera a vuoto per un'ora dopo aver rimosso la capsula di Petri dal vuoto.

Versare il composto DGAs PDMS sulla cialda e scaldarla in forno a 70 gradi per un'ora. Al termine, togliete la pirofila dal forno e lasciate raffreddare l'ostia a temperatura ambiente. Dopo aver tagliato un timbro PDMS rettangolare, posizionarlo a testa in giù e praticare un foro a ciascuna estremità del canale di flusso utilizzando un punzone per biopsia da 0,75 millimetri.

Dopo aver posizionato il colorante al microscopio, posizionare con cura la camera di flusso PDMS sopra il colorante allineandola sopra l'area attiva dei dispositivi S-W-N-T-F-E-T fabbricati. Quindi, spingere un tubo di polietilene in ciascun foro e collegare un tubo a un cilindro della siringa della fonte di fluido e l'altro tubo a una siringa di drenaggio. Collegare la siringa a una pompa a siringa per mantenere un flusso controllato del fluido attraverso il canale.

Per impostare l'uscita in frequenza modulata AM, collegare il segnale di uscita ref dall'amplificatore lockin alla porta del segnale di modulazione esterna sul generatore di frequenza. Quindi, collegare l'uscita RF modulata AM e la tensione CC a una polarizzazione T e collegare l'uscita della polarizzazione T al contatto della sorgente SWNT. Quindi collegare il contatto del gate alla porta di tensione della scheda DAC per leggere la corrente CA attraverso il nanotubo.

Collegare il contatto di scarico a un amplificatore di blocco. Collegare le porte di ampiezza e fase dell'amplificatore lock-in alle porte di ingresso del DAC. Mantenere la tensione CC della sorgente a zero volt e la frequenza del segnale A a 200 kilohertz.

Spazzare la tensione di gate e misurare la corrente dallo scarico. Riempire la camera del fluido con acqua deionizzata utilizzando una pipetta. Eseguire la misurazione elettrica CA.

Ripetere con un millimolare di cloruro di sodio, 10 millimolari di cloruro di sodio e 100 millimolari di cloruro di sodio. E misura la risposta del dispositivo per ogni soluzione. Dopo aver posizionato il canale di flusso microfluidico sul dispositivo, collegare un tubo a una siringa vuota posta sulla pompa a siringa e collegare l'altro tubo a un cilindro della siringa e riempirlo con una soluzione di cloruro di sodio da 100 millimolari.

Impostare la pompa a siringa in modalità di prelievo. 100 millimolari di soluzione di cloruro di sodio vengono aspirati nel tubo. La corrente può essere monitorata sul computer.

Quindi passare la soluzione a un milligrammo per millilitro di streptavidina in 100 millimolari di cloruro di sodio e monitorare la variazione di corrente in tempo reale per il legame della biotina della streptavidina Qui viene mostrata un'immagine al microscopio elettronico a scansione del transistor S SW NT con un gate superiore sospeso. L'elettrodo è costituito da 50 nanometri di cromo e 50 nanometri di oro e uno spesso strato di cromo aggiunge resistenza alla struttura sospesa. La struttura sospesa è confermata dall'assenza di corrente di dispersione tra la leva superiore e lo scarico.

Per caratterizzare il successo della funzionalizzazione delle pareti laterali, le variazioni delle curve di trasferimento CC FET in aria. Dopo ogni fase di funzionalizzazione sono stati monitorati. La curva di trasferimento per il FET incontaminato del nanotubo si sposta verso destra dopo la bio tazione e il legame Aden per streptococco nella foto.

Ecco il segnale di rilevamento della corrente mista misurato in funzione della tensione dell'andatura per un tipico dispositivo in cloruro di sodio da 100 millimolari. Il grafico mostra le curve per la corrente continua, la corrente mista e la corrente mista teorica. I dati dimostrano che i risultati della corrente di miscelazione concordano bene con un modello teorico.

Di seguito sono riportati i risultati rappresentativi delle misurazioni statiche e delle misure di portata in tempo reale. Le curve della corrente di miscelazione rispetto alla tensione dell'andatura rappresentano SWNT biotinilato e legato alla streptavidina in 100 millimolari di cloruro di sodio. La corrente di miscelazione cambia al momento del legame della streptavidina nell'esperimento di flusso in tempo reale.

La variazione del segnale è stata misurata anche prima e dopo il legame della streptavidina in un dispositivo di controllo di silicio e ossido in acqua deionizzata a diverse frequenze, non vi è alcun cambiamento dopo il legame che indica che il meccanismo di rilevamento si verifica a causa dell'interazione della biomolecola SWNT ad alte frequenze. Questa tecnica di misurazione può essere applicata in generale a nanotubi, nanofili o biosensori elettronici a base di grafene e può essere eseguita direttamente in soluzioni di fondo ad alta forza ionica senza la necessità di passaggi che richiedono tempo come la desalinizzazione.