Name: 単一ナノ粒子を分析するための密閉型無線ナノポア電極 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-03-20T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 31 s
Description: 学ぶ密閉型無線ナノポア電極の作製法。ナノスケールでの単一ナノ粒子の電気化学計測を実現し、0.6ピコアンペアの高電流分解能と0.01ミリ秒の時間分解能を達成。ナノ科学の非侵襲的in vivo分析に応用可能。

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この研究は中国の国家自然科学基金 (61871183,21834001)、イノベーション プログラムの上海市教育委員会 (2017-01-07-00-02-E00023)、上海市教育から「広陳」プロジェクトでサポートされている委員会・上海教育開発財団 (17 CG 27)。

1. 溶液の調製
注: は、すべての化学物質の一般的な安全上の注意に注意を払います。ヒューム フードの化学薬品の処分し、白衣、ゴーグル、手袋を着用します。火や火花から引火性の液体を保ちます。純水 (25 ° C で 18.2 cm MΩ) を使用してすべての水溶液を調製しました。準備されたソリューションは、0.22 μ m 孔サイズ フィルターを使用してフィルター処理されなかった。
<ol><li>
KCl 溶液の調製
	<ol>
<li>100 mL の脱イオン水での塩化カリウムの 0.074 g を溶解します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
NaBH4溶液の調製
	<ol>
<li>0.018 g エタノール 10 mL の水素化ホウ素ナトリウムを溶解します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
HAuCl4溶液の調製
	<ol>
<li>1 mL 1% 塩化金酸溶液に塩化カリウムの 0.010 g を溶解します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
準備シリコーンゴム
	<ol>
<li>シリコーンゴム ボリューム 1:1 の比率で含むパート A とパート B (材料の表を参照) をミックスします。</li>
		<li>混合のシリコーンゴムを使用する鍋時間 1 分の間に即座にスライドで反応面積を塗りつぶします。</li>
		<li>5 分用のスライド上の準備されたシリコーンゴムを治します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
30金ナノ粒子の調製
	<ol>
<li>40 mL の激しく撹拌しながら脱イオン水に 1% の質量割合と塩化金酸の 4.8 mL を追加します。</li>
		<li>熱沸騰させるソリューション。</li>
		<li>すぐに解決策に 1% の質量割合でクエン酸ナトリウム溶液 10 mL を追加します。</li>
		<li>最終的な解決策が色の赤になるまでさらに 15 分のためのソリューションを加熱します。 注: 場合、塩化金酸溶液急速に減少したクエン酸ナトリウムとソリューションが急速に明確な黄色から変更が観察された暗い黒に。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 実験のセットアップの準備
<ol><li>
電流測定システムの準備
	<ol>
<li>電流増幅器を含む現在の測定システムを入れます (材料の表を参照) と低騒音データ集録システム (材料の表を参照)</li>
		<li>電圧クランプ モードに切り替えます。</li>
		<li>フィルターの帯域幅を 100 kHz に 10 kHz とサンプリング レートに設定します。</li>
		<li>実験細胞と倒立顕微鏡にプリアンプの外部ノイズをシールドする自己設計されていた特定自家製銅ケージを組み立てる (材料の表を参照してください)。</li>
		<li>地上、ファラデーケージのシェル、増幅器、および倒立顕微鏡システムのシェル。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
暗視野の検出システムのセットアップ
	<ol>
<li>内、nanopipette 金ナノ針状の世代は、暗視野顕微鏡によって監視されます。 注: 倒立顕微鏡システム画像と散乱スペクトルを使用 (材料の表を参照してください)。Nanopipette、ナノ細孔中の電極の画像を取るにトゥルー カラー デジタル CCD カメラを採用します。暗視野コンデンサー [開口数 (NA) = 0.8 – 0.95)] を利用して、暗視野照明を形成します。10 X (NA = 0.3)、20 X (NA = 0.45)、および 40 X (NA = 0.6) 目標は密閉型の WNE の画像を収集するために使用されます。蛍光検出、さらにナノ針状と、nanopipette の内部の壁のギャップがあるかどうかを確認する使用されます。この実験を行う別の EMCCD (材料表参照) 倒立顕微鏡も統合し、励起光は 450-490 nm のバンドパス フィルターと内蔵水銀ランプ。</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 密閉型 WNE の作製
<ol><li>
ピペットの作製
	<ol>
<li>10 分間超音波洗浄のアセトンでいっぱい 15 mL 遠心管に石英毛細血管 (材料の表を参照) を置きます。</li>
		<li>アセトンを注ぎ、同じ遠心管にエタノールを追加します。</li>
		<li>クリーニングの 10 分間超音波洗浄機で遠心管を入れてください。</li>
		<li>毛細血管を超音波洗浄の 10 分で、エタノールの除去のための脱イオン水で別の 15 mL 遠心管に入れます。</li>
		<li>継続 3 回で毛細血管が残留エタノールを削除するきれいな純水超音波。</li>
		<li>乾燥窒素ガス流を用いた毛細血管。</li>
		<li>新しい、きれいなの遠心管中の毛細血管を保ちます。</li>
		<li>CO2レーザー引き手を入れます (材料の表を参照)</li>
		<li>安定したレーザー出力を確保するための 15 〜 20 分のための引き手を予熱します。</li>
		<li>引き手に洗浄毛細管をインストールします。</li>
		<li>熱、フィラメント、速度、遅延、および特定の直径のための CO2レーザー引き手のパネルに牽引力の引きのパラメーターを設定します。このプロトコルでは 30 nm 直径 nanopipette を引っ張るため詳細なパラメーターは、表 1 (図 1) に表示されます。</li>
		<li>再使用可能な接着剤でシャーレに準備された nanopipette を修正 (材料の表を参照) さらに特性評価のため。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
作製密閉型の WNE
	<ol>
<li>Microloader と、nanopipette に調製した HAuCl4溶液の 10 μ L を挿入します。</li>
		<li>遠心分離機の周り 1878 × g nanopipette の中の気泡を除去するために 5 分間 nanopipette。 注: この手順では、2 mL 遠心チューブ内自家製ホルダーに下向きの先端と、nanopipette を出しました。</li>
		<li>Coverslip の準備のシリコーンゴムを使用、nanopipette を修正 (手順 1.4 参照)"cis"側として、nanopipette 内の領域を定義し、「トランス」側として外。</li>
		<li>ゴムが硬化するまでの 5 分を待ちます。</li>
		<li>倒立顕微鏡の目的のテーブルに統合されたアンサンブルを置きます。</li>
		<li>オンにし、顕微鏡の対物レンズが 10 倍の nanopipette tip を集中する暗視野照明を調整します。</li>
		<li>20 X、40 X 目標より高い空間分解能を変更します。</li>
		<li>銀/塩化銀電極、nanopipette の内部に配置します。</li>
		<li>トランス側に他の接地の銀/塩化銀電極を配置します。</li>
		<li>銀/塩化銀電極のペアを前置増幅器に接続します。</li>
		<li>現在の測定システムと対応するソフトウェアをオンに (材料の表を参照してください) イオンの現在の録音のため。</li>
		<li>300 に適用される可能性を設定 mV。</li>
		<li>ゆっくりと HAuCl4と NaBH4 (図 2) との反応を誘発するトランス側に NaBH4ソリューションの 150 μ L を追加します。 注: NaBH4水溶液中での還元で行われる暴力的な反応速度。したがって、NaBH4の削減から H2の世代は金ナノ針状成長時に空洞の生成によって、半導体の欠陥のある構造を引き起こす可能性があります。</li>
		<li>同時に、電気的、光学的記録現在のトレースと暗視野画像/散乱スペクトル現在測定と暗視野の検出システム (図 3) を使用します。 注: エタノール溶液は暗視野照明下における揮発性です。作製時におけるエタノールの量に注意を払います。</li>
		<li>イオン現在にさかのぼって 0 後適用される可能性をオフにペンシルバニア州</li>
		<li>準備を洗って流れる密閉型 WNE 先端に下から水を脱イオンします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
特性密閉型の WNE
	<ol>
<li>走査型電子顕微鏡 (SEM) と密閉型 WNE を特徴付けるピペット22,31,32,33,34 の特性に対する一般的な方法であります。.</li>
		<li>カルシウム イオンの蛍光実験を使用して、nanopipette 中金ナノ針状のシール状態を確認します。<ol>
<li>トランス側に密閉型の WNE および蛍光 8 ソリューションcis側に CaCl2液の 10 μ L を注入します。</li>
			<li>銀/塩化銀電極をパッチアンプ用アダプターに接続します。</li>
		</ol>
</li>
		<li>400 mV のバイアス電位を適用し、EMCCD を使用 (材料表参照) の先端領域での蛍光応答を監視します。下に先端から密閉型の WNE を彫刻するフォーカス イオン ビーム (FIB) を使用し、内部の金属層または SEM 特性とナノ針状の長さを決定します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
密閉型の WNE 単一ナノ粒子衝突
	<ol>
<li>密閉型の WNE の作製後 KCl 溶液にトランス・シス側のソリューションを変更します。</li>
		<li>トランス側に 30 nm の金ナノ粒子溶液 50 μ L を転送します。300 の可能性で単一ナノ粒子衝突イベントの現在の信号の記録 mV (図 5)。</li>
		<li>周波数、振幅、および現在の信号の形状変化を監視する電圧を変更します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Vajda, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Subnanometre+platinum+clusters+as+highly+active+and+selective+catalysts+for+the+oxidative+dehydrogenation+of+propane%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Subnanometre platinum clusters as highly active and selective catalysts for the oxidative dehydrogenation of propane.</a> Nature Materials. 8 (3), 213-216 (2009).</li>
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<li>Cao, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Discrimination+of+oligonucleotides+of+different+lengths+with+a+wild-type+aerolysin+nanopore%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Discrimination of oligonucleotides of different lengths with a wild-type aerolysin nanopore.</a> Nature Nanotechnology. 11 (8), 713-718 (2016).</li>
<li>Cao, C., Long, Y. -T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biological+Nanopores%3A+Confined+Spaces+for+Electrochemical+Single-Molecule+Analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Accounts+of+Chemical+Research%22%5BJournal%5D)">Biological Nanopores: Confined Spaces for Electrochemical Single-Molecule Analysis.</a> Accounts of Chemical Research. 51 (2), 331-341 (2018).</li>
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<li>Steinbock, L. J., Otto, O., Chimerel, C., Gornall, J., Keyser, U. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+DNA+folding+with+nanocapillaries%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Detecting DNA folding with nanocapillaries.</a> Nano Letters. 10 (7), 2493-2497 (2010).</li>
<li>Gong, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Label-free+in-flow+detection+of+single+DNA+molecules+using+glass+nanopipettes%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Label-free in-flow detection of single DNA molecules using glass nanopipettes.</a> Analytical Chemistry. 86 (1), 835-841 (2013).</li>
<li>Cadinu, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Double+Barrel+Nanopores+as+a+New+Tool+for+Controlling+Single-Molecule+Transport%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Double Barrel Nanopores as a New Tool for Controlling Single-Molecule Transport.</a> Nano Letters. 18 (4), 2738-2745 (2018).</li>
<li>Bell, N. A., Keyser, U. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digitally+encoded+DNA+nanostructures+for+multiplexed%2C+single-molecule+protein+sensing+with+nanopores%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Digitally encoded DNA nanostructures for multiplexed, single-molecule protein sensing with nanopores.</a> Nature Nanotechnology. 11 (7), 645-651 (2016).</li>
</ol>

著者は利益相反行為を宣言しません。

明確に定義された nanopipette の作製は、密閉型の WNE 作製プロセスの最初のステップです。キャピラリーの中央に CO2レーザの焦点を当て、1 つ毛細血管はナノスケール円錐先端の 2 つの対称的なピペットに分割します。直径は至るまで 30-200 nm レーザーの引き手のパラメーターを調整することにより、簡単に制御されます。それは異なるピペットの引き手を引いてのパラメーターが変化する場合は注意します。環境温度と湿度もな、nanopipette の最終的な直径に影響を与えます。
後、nanopipette の製造、化学反応は、nanopipette 内部固体ナノ針状を生成します。このプロトコルでは金ナノ針状、HAuCl4の削減によって形成されます。その他の金属製 nanotips は、対応する反応を設計することで加工できます。Nanopipette チップの完全閉塞は後、は、生成された金ナノ針状の電気化学的分極は、バイポーラ電気化学によると、さらなる成長を促進します。原電気光学特性評価システムは、現在のトレース...

ナノ粒子が触媒機能、特定の光学機能、electroactivity、高の表面・体積比1,2,3、など多様な機能のため多大な注目を集めています。4. 単一ナノ粒子の電気化学的解析、ナノスケール レベルで本質的な化学的・電気化学的プロセスを理解するための直接法。単一ナノ粒子の非常に敏感な測定を達成するために 2 つの電気化学的アプローチは、現在応答5,6,7からナノ粒子の情報を読み出すため以前適用されています。これらの方法の 1 つには、固定または電極8,9の研究によりのインターフェイス上の個々 のナノ粒子をキャプチャが含まれます。その他の戦略は、動的な酸化還元プロセスから過渡電流の揺らぎを生成する電極の表面で単一ナノ粒子衝突によって駆動されます。
これらのメソッドの両方は、単一ナノ粒子の直径に一致するナノスケールの超高感度センシング インターフェイスを必要があります。ただし、電極の伝統的な製造主に搭載マイクロ電気機械システム (MEMS) または退屈と undisciplinable10、11,12である技術を引っ張ってレーザー 13。たとえば、電極の作製を MEMS ベースは高く、大規模な生産および電極の普及を制限するクリーン ルームの使用が必要です。その一方で、電極の作製を引っ張ってレーザーは中にシールと毛細血管の内側の金属ワイヤのプル、オペレーターの経験に大きく依存します。金属ワイヤで毛細血管にしっかりと密封されてない場合、nanopipette の内壁とワイヤ間のギャップを大幅に余分なバック グラウンド電流ノイズを導入し、ゲルロボットのセンシング エリアを拡大します。これらの欠点は、主として、違いの感度を低下させます。一方、ギャップの存在は、電極面積を拡大し、違いの感度を低減できます。結果として、各製造プロセス14,15で手に負えない電極形態による再現性のあるパフォーマンスを保証するは難しいです。したがって、再現性の優れたナノ電極の一般的な製造方法は単一ナノ粒子の本質的な機能の電気化学的探査を容易にすることが急務します。
最近では、ナノ細孔技術は単一分子解析16,17,18,19,20のエレガントでラベル無料アプローチとして開発されたが。その制御の作製により、nanopipette はレーザー キャピラリー引き手21,22,23,24 で 30-200 nm に至る均一径ナノ閉じ込めを提供しています。.さらに、このシンプルで再現性のある施工により、nanopipette の一般化です。最近、我々 は、nanopipette 内部の金属ワイヤーのシーリングを必要としない無線ナノポア電極 (WNE) を提案しました。安易なと再現可能な製造プロセスを通じて、WNE 所有、ゲルロボット インターフェイス25,26,27,28 を形成する nanopipette 内のナノスケール金属蒸着.WNE では、明確に定義された構造およびその制限の制服の形態を所有している、ので、それは高い時間分解能を実行するための低抵抗容量 (RC) 時定数と同様に、現在の高解像度を実現します。以前、我々 は WNEs、開放型と密閉型、単一のエンティティ分析を実現するための 2 つのタイプを報告しました。オープン型の WNE イオン電流応答26に単一のエンティティのガルバニ電流の電流を変換する nanopipette の内壁に堆積したナノメタル層を採用しています。通常、オープン型 WNE の直径は約 100 nm。WNE の直径をさらに低減、固体金属ナノ針状が完全に化学・電気化学的アプローチを通じて nanopipette 先端を占める密閉型 WNE を提案します。このメソッドは、ナノポア閉じ込め中 30 nm の金ナノ針状を急速に生成できます。密閉型 WNE の先端領域で明確に定義されたインタ フェースは、単一ナノ粒子の電気化学測定の高い信号対雑音比を保証します。充電された金ナノ粒子は、密閉型の WNE と衝突とヒント界面超高速充放電プロセスはイオンの現在のトレースで容量性フィードバックの応答 (CFR) を誘導します。以前単一ナノ粒子衝突研究を介して金属と違い29内部配線と比較して、密閉型の WNE を示した 0.6 pA ± 0.1 pA (RMS) の高い現在の解像度と高い時間分解能 0.01 ms。
ここで、寸法と優れた再現性を制御高密閉型 WNE の詳細作製手順について述べる。このプロトコル、単純な AuCl4-と BH4反応で-は、nanopipette のオリフィスを完全にブロックする金ナノ針状を生成する設計されています。バイポーラ電気化学は、nanopipette 内の数 μ m の長さに達する金ナノ針状の持続的成長を採用しています。この簡単な手順がこの違い製造、クリーン ルームと高価な機器を使わず、一般的な化学の研究室で実施することができますを実現。 にします。サイズ、形態、および密閉型 WNE の内部構造を確認するのには、このプロトコルは、走査型電子顕微鏡 (SEM) と蛍光分光法の利用による詳細な評価手順を提供します。金ナノ粒子 (結果) 衝突の密閉型 WNE ナノグリーンへの本質的な動的な相互作用を直接測定する 1 つの最近の例は、強調表示されます。密閉型の WNE が単一エンティティ レベル センサー、ナノ材料、細胞の電気化学的研究の将来の新しいパスを開くかもしれないと考えています。

<table><tbody><tr><td>アセトン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>650501</td><td>高可燃性・揮発性</td></tr><tr><td>分析天びん</td><td>メトラー・トレド</td><td>ME104E</td><td></td></tr><tr><td>Axopatch 200B アンプ</td><td>モレキュラーデバイス</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ブルータック 再利用可能な接着剤</td><td>ボスティック</td><td></td><td></td></tr><tr><td>遠心分離管</td><td>コーニング株式会社</td><td></td><td>CentriStarキャップ付き遠心分離管、15 ml</td></tr><tr><td>クロロアウリン酸</td><td>エネルギー 化学</td><td>E0601760010</td><td>HAuCl4</td></tr><tr><td>Clampfit 10.4 ソフトウェア</td><td>Molecular Devices</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Digidata 1550A デジタイザー</td><td>Molecular Devices</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DS Fi1c トゥルーカラーCCDカメラ</td><td>Nikon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ecoflex 5 Addtion 硬化シリコーンラバー</td><td>スムースオン</td><td>17050377</td><td></td></tr><tr><td>エッペンドルフ リファレンス 2 ピペット</td><td>エッペンドルフ</td><td>492000904</td><td>10、100、1000 &micro;L</td></tr><tr><td>エタノール</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>24102</td><td>高可燃性で揮発性</td></tr>の高い<tr><td>ファラデーケージ</td><td></td><td></td><td>銅</td></tr><tr><td>iXon 888 EMCCD</td><td>Andor</td><td></td><td></td></tr><tr><td>微量遠心チューブ</td><td>Axygen Scientific</td><td></td><td>0.6, 1.5 and 2.0 mL</td></tr><tr><td>Microloader</td><td>Eppendorf</td><td>5242 956.003</td><td>20 &micro;L</td></tr><tr><td>顕微鏡カバーガラス</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>LOT16938</td><td>20 mm * 60 mm-1 mm厚</td></tr><tr><td>Milli-Q浄水器</td>ミリ<td>ポア</td><td>SIMS00000</td><td>デントン電子ビーム蒸発器</td></tr><tr><td>P-2000レーザープーラー</td><td>サッター機器</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ピペットチップ</td><td>Axygen Scientific</td><td></td><td>10、200、1,000 & マイクロ;L</td></tr><tr><td>塩化カリウム、+D25+A2:F2+A2:F25</td><td>シグマ アルドリッチ</td><td>P9333-500G</td><td>KCl</td></tr><tr><td>クォーツピペット</td><td>サッター</td><td>QF100-50-7.5</td><td>O.D.:1.0 mm、内径:0.5 mm、長さ 75 mm</td></tr><tr><td>冷蔵庫</td><td>シーメンス</td><td></td><td></td></tr><tr><td>シリコンシンナー</td><td>スムースオン</td><td>1506330</td><td></td></tr><tr><td>シルバーワイヤー</td><td>Alfa Aesar</td><td>11466</td><td></td></tr><tr><td>ナトリウム水素化ホウ素、</td><td>Tianlian Chem. Tech.</td><td>71320</td><td>NaBH4</td></tr><tr><td>Ti-U 倒立暗視野顕微鏡</td><td>ニコン</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

単一ナノ粒子を分析するための密閉型無線ナノポア電極

A Closed-Type Wireless Nanopore Electrode for Analyzing Single Nanoparticles

Nanoelectrochemistry による単一ナノ粒子の本質的な特徴を測定深い基本的な重要性を保持しているし、ナノサイエンスの潜在的な影響を持っています。ただし、単一ナノ粒子の電気化学的分析として挑戦、センシング ナノグリーンは手に負えない。このような課題に対処するため述べるここ作製と展示形態が高度制御と優れた再現性密閉型無線ナノポア電極 (WNE) の評価。WNE の安易な作製には、クリーン ルームや高価な機器を使用せず一般の化学実験で明確に定義された電極の準備ができます。1 つのアプリケーション、30 の 0.6 pA の高い現在の解像度を示し、高時間分解能 0.01 さん伴う優れた形態、小型密閉型 WNE 混合物単一金ナノ粒子の分析では強調 nm単一分子・ イオンの検出そして単一セルのプロービングにナノ粒子のキャラクタリゼーションから直径、密閉型 WNEs のより多くの潜在的なアプリケーションを拡張できます。

石英コニカル nanopipette に基づいて適切に定義された 30 nm 無線ナノポア電極を作製する安易なアプローチを紹介します。図 13 つの主要な手順が含まれています、nanopipette の作製を示します。0.5 mm の内径と外径 1.0 mm マイクロキャピ ラリーは、引き手で固定し、レーザーは溶融石英キャピラリーの中心に焦点を当てた。力を毛細血管の端末に適用すると、それは最終的に分離し、ナノスケール円錐先端の 2 つの部分を形成します。プルのパラメーターは、私たちの研究室で 30 nm ピペットを作製するテーブル 1で提供されます。それは、異なるレーザー引き手からパラメーターが変化する場合注意してください。実験者は、レーザー パワー、温度、湿度などによるとパラメーターを調整する必要があります。製作後 SEM 解析は、nanopipette の真の直径を確認する必要です。
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ここでは、密閉型無線ナノポア電極の作製と単一ナノ粒子の衝突のそれに続く電気化学的測定のためのプロトコルを提案する.

Measuring the intrinsic features of single nanoparticles by nanoelectrochemistry holds deep fundamental importance and has potential impacts in ...

ナノサイエンスにおいて、単一ナノ粒子の本来の特徴を電気化学的に測定することは、ナノサイエンスにおいて非常に重要である。この方法は、迅速な単一ナノ粒子分析のための無線ナノポア電極を構築する簡単で再現性の高い方法を示す。ナノ電極の大きさは、この簡単な製造方法によって30ナノメートルに達することができる。解析中の現在の解像度と時間解像度はそれぞれ 0.6 ピコインと 0.01 ミリ秒です。ナノ電極先端のナノスケールサイズのため、この無線ナノポア電極は生体内および非侵襲的な世俗的分析に利用されると予想される。金ナノチップの局在した表面プラズモニック共鳴特性とクロスナノピペットの完璧な光学ビジョンは、ナノスケールでの電気光学検出を可能にする可能性があります。ワイヤレスナノポア電極の製造に関心のある研究者は、ナノピペットの注ぎ込みプロセスを習得する必要があります。これは手順の重要なステップだからです。ピペットを注ぐ際には、環境温度と湿度に注意を払う必要があります。まず、4.8ミリリットルのクロロアウリン酸を1%から40ミリリットルの脱イオン水で激しい攪拌で加えます。その後、溶液を沸騰させます。1%の質量分率でクエン酸三ナトリウム溶液を10ミリリットル素早く添加します。最終的な溶液が赤色になるまで、さらに15分間溶液を加熱します。アセトンで満たされた15ミリリットルの遠心分離管に石英毛細血管を入れ、超音波洗浄機で10分間きれいにします。終了したらアセトンを取り出し、エタノールを加えます。その後、超音波洗浄機に遠心管を10分間入れて、さらに10分間のクリーニングを行います。次に、水晶体毛管をエタノールの除去用脱イオン水を用いて別の15ミリリットル遠心管に入れ、10分間超音波洗浄を行う。窒素ガス流を使用して石英毛細血管を乾燥させ、きれいな遠心分離管に保管します。これに続いて、炭酸ガスレーザープーラーをオンにし、15〜20分間予熱して安定したレーザーパワーを確保します。あらかじめ加熱された炭酸ガスレーザープーラーにきれいな石英キャピラリーを取り付けます。特定の直径に対して、炭酸ガスレーザープラーのパネルに熱、フィラメント、速度、遅延、引っ張り力の引き込みパラメータを設定します。さらに特徴付けのために再利用可能な接着剤でシャーレに準備されたナノピペットを固定します。調製したクロロウ酸溶液をマイクロローダーでナノピペットに10マイクロリットル注入します。ナノピペットの気泡を除去するために、約1,878倍Gで5分間ナノピペットを遠心分離する。遠心分離後、以前に調製したシリコーンゴムでナノピペットをカバースリップに固定し、ナノピペット内部の領域をシス側、外側をトランス側として定義します。ゴムが治るのを5分待った後、反転した顕微鏡の目的表の上に統合されたアンサンブルを置きます。暗視野照明をオンにして調整し、10倍の顕微鏡目的の下でナノピペット先端に焦点を合わせます。より高い容量分解能を実現するために、40倍の目標に変更します。次に、ナノピペットの中に1つの塩化銀電極を配置する。その後、トランス側に第2の接地された塩化銀電極を配置します。塩化銀電極をプリアンプに接続します。現在の測定システムと、イオン電流記録用の対応するソフトウェアをオンにします。その後、適用される電位を300ミリボルトに設定します。今ゆっくりとクロロアウリン酸とホウ水素ナトリウムとの反応を引き起こすためにトランス側に150マイクロリットルのホウ水素化ナトリウム溶液を加えます。同時に、電流計測と暗視野検出システムを用いて、電流トレースと暗視野画像散乱スペクトルを電気的および光学的に記録します。イオン電流トレースがピコインゼロに戻った後で、適用される電位をオフにします。準備した閉じたタイプのWNEを下から先端まで流れる脱イオン水で洗います。閉型WNEの製造後に、トランスおよびシス側の溶液を塩化カリウム溶液に変更する。トランス側に30ナノモル金ナノパラシカル溶液の50マイクロリットルを移す。次に、300ミリボルトの電位で単一ナノ粒子衝突イベントの現在の信号を記録します。最後に、印加電圧を変更して、電流信号の周波数、振幅、形状変化を監視します。ナノピペットの製造には、3つの主要なステップが含まれる。内径0.5ミリ、外径1ミリのマイクロキャピラリーを引き手に固定し、レーザーをキャピラリーの中心に集め、石英を溶かします。毛細管の端子に力を加えることで、最終的にナノスケールの円錐状の先端を持つ2つの部分を分離して形成します。ナノピペット先端の内部に金ナノチップを生成する手順は、引っ張りプロセスの後に、ここに示されている。in in situ特性解析システムは、現在の応答と暗視野画像の同時記録により閉型WNEの製造プロセスを監視するために使用された。裸ナノピペット及びクローズドタイプWNEのトップビューSEM画像は、側面図SEM画像を分割したフォーカスイオンビーム後にここに示され、閉じたタイプのWNE内の金ナノチップの形態を提供する。単一ナノ粒子衝突実験では、金ナノ粒子がWNEのトランス側に添加される。このCNEの顕著な雑音性能は高い信号周波数の隠された信号を明らかにする。金ナノチップを生成する際には、低い適用電位を使用して電気化学的界面を生成する必要があります。高い適用電位は金の生成をスピードアップし、ナノ先端の欠陥構造をもたらす可能性があります。この方法の高コントラスト解像度と高い特殊解像度は、ナノスケールでの電子移動プロセスをさらに理解するのに役立ちます。ホウ水素ナトリウムは危険であり、水と激しく反応します。ホウ水素化ナトリウム溶液の調製には注意してください。

a-closed-type-wireless-nanopore-electrode-for-analyzing-single

Research

JoVE Journal

Chemistry

化学

無機表面へのタンパク質の非特異的吸着を監視するための固体ナノ細孔を用いる方法が説明されています。方法は、リアルタイムで、単一分子レベルで検出対象にする吸着を可能に、抵抗パルスの原理を採用しています。単一タンパク質吸着のプロセスがはるかに平衡からなので、我々は同様にタンパク質吸着の定数見かけ一次反応速度の定量測定と一定のラングミュア吸着のために可能にする、合成ナノ細孔の並列配列の雇用を提案する。...

ソリッドステートナノ細孔を持つ監視タンパク質吸着

我々は、デバイス作製およびカーボンナノチューブ系高周波バイオセンサーの測定プロトコルを説明する。高周波センシング技術は、基本イオン（デバイ）遮蔽効果を緩和し、ナノチューブバイオセンサーは、従来の電子バイオセンサが失敗し、高イオン強度溶液で動作することを可能にする。当社の技術は、ポイントオブケア（POC）生理学的に適切な状態で動作する電子バイオセンサーのためのユニークなプラットフォームを提供します。...

高イオン強度ソリューションで感知するためのカーボンナノチューブ高周波ナノエレクトロニクスバイオセンサーの作製

生体分子転位実験のために、溶液中の固体ナノ細孔を製造するための方法が提示される。高電界の短いパルスを印加することにより、ナノ細孔径がサブナノメートルの精度で制御可能に大きくすることができ、その電気的なノイズ特性が大幅に改善。この手順は、実験条件下で標準的な実験装置を用いてその場で実行される。...

サイズを微調整すると固体ナノ細孔のノイズを最小限

細胞外小胞は、凝固、免疫応答、および癌または薬物送達又は再生医療のような潜在的な治療剤を含む生理学的および病理学的プロセスにおいて重要な役割を果たしている。このプロトコルは、調整可能な抵抗パルスセンシングを用いた各種流体中の絶縁および非単離された細胞外小胞の定量化とサイズ特性評価のための方法を提示します。...

調整可能な抵抗パルスセンシングを使用して定量化し、細胞外小胞の大きさ、プロファイリング

提示されたプロトコルは、細孔スパンの溶媒を含まない脂質二重層を使用した単一トランスポーターレベルでの膜タンパク質媒介輸送の分析を説明しています。これは、大量生産されたナノポアアレイチップの作成と、高度に並列化されたデータ取得および分析を組み合わせることで達成され、膜タンパク質エフェクタースクリーニングの将来の確立が可能になります。...

単一のタンパク質解像度で高並列ナノ細孔チップシステムにより分析膜輸送プロセス

ここでは、個々のナノ粒子のゼータ電位を決定するために用いることができる粒子転速度の測定を介してナノ粒子表面化学を特徴づけるために、抵抗パルスセンシング技術に一体化ポリウレタン可変ナノポアを使用します。...

調整可能なナノ細孔を介してナノ粒子の転ベロシティを経由してゼータ電位の決意：例として、DNA修飾された粒子を用いました

シーケンスの生体分子のナノ細孔技術、幅広い病原体、食品安全監視、ゲノム解析、metagenomic 環境の監視、および細菌の特性の識別を含む生命科学で抗生物質耐性。この記事でメタゲノム土壌 DNA...

ナノポア DNA シーケンス メタゲノム土壌分析用

ここでは、生物学的ナノポアベースの電子プラットフォームを用いて、単一分子限界で離散金属酸素クラスター、ポリオキソメタレート(POM)を検出するプロトコルを提示する。この方法は、これらの分子の研究に使用される従来の分析化学ツールに対する補完的なアプローチを提供する。...

単一金属ナノ粒子の高解像度物理特性評価

ナノポアシーケンシングは、遠隔地でのコスト効率の高いシーケンシングと、リソースの乏しい設定を可能にする新しいテクノロジーです。ここでは、このような条件に適合する全血からの mRNAs...

ナノポアシーケンシングを用いた全血からの mRNA の配列決定

このプロトコルでは、表面増強ラマン散乱分光法とイメージングを使用して、単一ナノ粒子上の電気化学的事象をモニタリングする方法について説明しています。...

表面増強ラマン散乱分光法および顕微鏡法による単一ナノ粒子の電気化学の追跡

プラズモニックナノピンセットは、金ナノ構造の局在化表面プラズモン共鳴を利用して、ナノメートルスケールの光学場内にタンパク質を含む単一のナノ粒子をトラップします。散乱シグナルの変化により、タンパク質の存在とコンフォメーションダイナミクスが明らかになり、フルオロフォアの修飾や表面テザリングなしでのモニタリングが可能になります。...

プラズモニックナノピンセットを用いた単一非修飾タンパク質のコンフォメーションダイナミクスのモニタリング

学ぶ密閉型無線ナノポア電極の作製法。ナノスケールでの単一ナノ粒子の電気化学計測を実現し、0.6ピコアンペアの高電流分解能と0.01ミリ秒の時間分解能を達成。ナノ科学の非侵襲的in vivo分析に応用可能。

単一ナノ粒子を分析するための密閉型無線ナノポア電極

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