Name: Fabricage van koolstof nanobuis High-Frequency Nano-elektronische biosensoren voor Sensing in High Ionic Strength Solutions (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-22T12:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 20 s
Description: Leer de fabricage van koolstof nanobuis high-frequency nano-elektronische biosensoren voor detectie van biomoleculaire interacties in oplossingen met hoge ionische sterkte.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Wij danken prof. dr. Paul McEuen aan de Cornell University voor de vroege discussie. Het werk wordt ondersteund door de start-up fonds verschaffen door de Universiteit van Michigan en de National Science Foundation Scalable Nanomanufacturing Program (DMR-1120187). Dit werk gebruikt de Lurie Nanofabrication faciliteit aan de Universiteit van Michigan, een lid van het National Nanotechnology Infrastructure Network gefinancierd door de National Science Foundation.

1. Katalysator Patterning voor SWNT Growth <ol><li> Begin met een silicium wafer met een lage druk chemical vapor deposition (CVD) gegroeid 500 nm Si 3 N 4/500 nm SiO2-film op de top. </li><li> Spin laag een laag fotoresist (PR) bij 500 rpm gedurende 5 seconden en vervolgens 4000 rpm gedurende 40 sec. </li><li> Bak de wafer bij 115 ° C gedurende 90 sec. </li><li> Gebruik een fotomasker met rechthoekige pits katalysatoren (fig. 1) en de wafer bloot UV (365 nm) bestralingssterkte van 300 mJ / cm 2 voor 0,3 sec. Na blootstelling bak de wafer bij 115 ° C gedurende 90 sec. </li></ol> Tip: Ontwerp putten van verschillende afmetingen bv 5 micron x 5 micron, 10 micron x 5 micron enz. om rekening te houden met de variabiliteit in SWNT chemical vapor deposition (CVD) groeiproces. <ol start="5"><li> Ontwikkelen van de wafer in ontwikkelaar voor 70 seconden zachtjes schudden van de wafer door het proces. </li><li> Spoel de wafer met DI water voor 2 min en daarna föhnen met een stikstof (N 2) pistool. </li><li> Laad de ontwikkelde wafer in e-beam verdamper kamer en deposito 0,5 nm ijzer (Fe) bij een druk in de verbrandingskamer van 10 -6 torr. </li><li> Snijd de wafer in kleinere matrijzen 1.5 cm x 1.5 cm. </li><li> Verwijder het fotoresist door dompelen in warm aceton en isopropanol (IPA) voor elke 10 minuten. Dit achterlaat Fe katalysator in de rechthoekige kuilen voor nanobuis groei. </li></ol> 2. CVD groei van koolstof nanobuisjes <ol><li> Plaats de katalysator gecoate sterft in de kwarts buis van de CVD-groei oven. </li></ol> Tip: Bepaal sweet spot voor nanobuis groei. Groei is uniform over een oppervlakte van 2 inch x 2 inch stroomafwaarts voor onze oven (figuur 2c). <ol start="2"><li> Hybridiseren het substraat in lucht bij 880 ° C gedurende een uur fotoresist residu (figuur 2a) te verwijderen. Laat afkoelen. </li><li> Spoel de kamer met Argon gedurende 5 min bij 3 SLM (standaard liter per minuut). </li><li> Aanloop de oven tot 800 ° C in het midden van de buis, terwijl een stroom van 1 SLM van argon (figuur 2b). </li><li> Stroom 0,2 SLM waterstof gedurende 5 min aan de katalysatordeeltjes verminderen ie ijzeroxide zetten in ijzer. </li><li> Introduceer 5,5 SCCM (standaard kubieke centimeter per minuut) van etheen (C 2 H 4) voor 35 min naar SWNTs groeien. Handhaven van een H 2 stroom van 0.2 SLM gedurende het gehele proces. De lengte van SWNTs verkregen uit dit recept is&gt; 20 micron (um). </li><li> Laat de oven afkoelen tot kamertemperatuur met een kleine stroom argon. </li></ol> 3. SWNT FET Transistor Fabrication <ol><li> Ontwerp een fotomasker (figuur 1) voor het definiëren source-drain-elektroden voor stroom-spanning (IV) karakterisering van koolstof nanobuisjes. </li></ol> Tip: Breid elektrodecontact pads ver apart op de dobbelsteen, zodat ze toegankelijk zijn, zelfs na het neerzetten van een micro-vloeibare stempel op de actieve nanobuis regio blijven. <ol start="2"><li> Volg de stappen 1.2 -1.6 tot gebied te definiëren voor metalen afzetting voor contacten. </li><li> Aanbetaling Ti / Au 0.5 nm/50 nm voor source-drain contacten in een e-beam verdamper kamer bij 10 -6 torr. </li><li> Laat de dobbelsteen in aceton nachts voor metaal lancering. Na de lancering, dip de matrijs in IPA voor 10 minuten en daarna föhnen met behulp van N 2 pistool. </li><li> Heb een deken afzetting van 500 nm e-beam verdampt SiO 2 voor stuurelektrodediëlektrische op 10 -6 torr. </li><li> Ontwerp een fotomasker (figuur 1) voor het definiëren van de poortelektrode. </li><li> Volg de stappen 1,2-1,6 tot regio te definiëren voor de poort metalen afzetting. </li><li> Verdampen 50 nm/50 nm Cr / Au als de top gate-elektrode in de e-beam verdamper. Volg stap 3.4 voor metaal lancering. </li></ol> Tip: Gebruik dikke chroomlaag te verhogen kracht of opgeschort top gate. Poort afmetingen zijn ook van cruciaal belang voor een succesvolle schorsing. <ol start="9"><li> Deken storting een dunne laag (20 nm) van SiO 2 voor top elektrode passiveren. </li><li> Ontwerp een fotomasker (figuur 1) een sleuf open SiO2 om de koolstof nanobuis kanaal. Ontwerp pad-etsen gebied op dezelfde masker te openen regio voor toegang source, drain en gate elektrodes ver weg van de SWNT kanaal. </li><li> Volg de stappen 1,2-1,6 aan patroon van de PR om de openstelling van de geul voor natte ets van SiO 2. </li><li> Nat etsen afgedampt SiO2 middels 01:20 BHF oplossing gedurende 3 min en 30 sec. Si 3N 4 geeft een etsafsluitlaag verdere penetratie van BHF voorkomen. </li></ol> Tip: Etch tijdkalibra wordt aanbevolen. <ol start="13"><li> Het apparaat in DI-water grondig afspoelen, en vervolgens dompel het in IPA gedurende 5 minuten. Föhnen met behulp van een N 2 pistool. Het apparaat structure intact blijft door de dikke chroomlaag. </li></ol> 4. Chemische Functionalisering van koolstof nanobuisje Sidewalls <ol><li> Bereid een oplossing van 6 mM 1-pyrenebutanoic succinimidylester (PBSE) in dimethylformamide (DMF). </li><li> Incubeer de SWNT FET sterven in dit linker moleculaire oplossing gedurende 1 uur bij kamertemperatuur geroerd. </li><li> De dobbelsteen in DMF grondig spoelen weg te wassen de overmaat reagens. Föhn het apparaat. </li><li> Bereid een 20mg/ml oplossing van biotinyl-3, 6-dioxaoctanediamine (biotine PEO amine-BPA) in DI water voor biotinylering van SWNTs. </li><li> Incubeer de dobbelsteen in deze oplossing gedurende 18 uur, waarna grondig spoelen van de matrijs in DI-water en droog te blazen. BPA hecht aan de PBSE linker-molecule. </li><li> Bereid een oplossing van 1mg/ml streptavidine in 7,2 pH PBS oplossing voor streptavidine binding. </li><li> Voor statische metingen, incubeer de matrijs in streptavidineoplossing gedurende 20 min. volledig functionalize de gebiotinyleerde SWNT. Thoroughly afspoelen en föhnen van de dobbelsteen. Voor real-time detectie, stempel de PDMS stroom kanaal (stap 6) eerste en stromen de streptavidineoplossing in hoge ionische sterkte achtergrond voor streptavidine binding (Figuur 3) daarna. </li></ol> Opmerking: We spoelen de dobbelsteen door afgifte DI water (~ 50 ml) over de matrijs met behulp van een knijpfles. Dan is de dobbelsteen verhuizen we naar een andere petrischaal met DI-water en beweeg de matrijs rond voor 1 min. We herhalen de twee stappen in totaal 8-10 keer. 5. Voorbereiding van Polydimethylsiloxane (PDMS) Mold voor Fluid Kamer <ol><li> In een weeg beker, giet 9 gewichtsdelen PDMS monomeer en voeg 1 gewichtsdeel verharder en grondig mengen de twee. </li><li> Degas het mengsel in een exsiccator gedurende 25 minuten. De belletjes zal stijgen door het mengsel en laat. </li></ol> Tip: Als het mengsel begint te schuimen, ventileren de kamer en laat het settelen voor een paarseconden voordat de ontgassing. <ol start="3"><li> Plaats een nieuwe silicium wafer in een petrischaal. Giet het ontgaste PDMS mengsel bovenop een PDMS laag 5 mm boven de wafer hebben. </li><li> Plaats de petrischaal in een oven bij 70 ° C gedurende 1 uur. </li><li> Verwijder de petrischaal en laat het afkoelen. Gebruik een scalpel te snijden een rechthoekig stuk PDMS en trek het uit met behulp van een pincet. </li></ol> Tip: De PDMS side rechtstreeks contact met de silicium wafer is schoon en zeer vlak. Deze zijde in contact met de SWNT FET matrijs. Wees voorzichtig niet te besmetten. <ol start="6"><li> Plaats de rechthoekige matrijs ondersteboven en boor een gat in het gebruik van een biopsie punch (3 mm diameter) van de platte kant naar de andere. Dit garandeert geen ruwe randen op de platte kant van PDMS (figuur 4a). </li><li> Plaats de PDMS kamer op de bovenkant van het apparaat zorgvuldig door het gelijktrekken van het op de top van het actieve gebied van het gefabriceerde SWNT FET sterft (&lt;strong&gt; Figuur 4a, b). Tik er zachtjes aan de stempel beveiligen op sterven. De platte kant obligaties om de dobbelsteen om een ​​lekdichte ruimte bieden. </li></ol> Tip: Dit kan met het blote oog of met behulp van een optische microscoop met voldoende werkruimte. Als de PDMS niet goed plakken (doorgaans als de matrijs en / of PDMS stempel niet schoon), do zuurstofplasma (20 Watt, 15 sec) op PDMS om binding staan. Met behulp van plasma bevoegdheden hoger dan leidt dit tot een sterkere binding, echter, hebben we gezien het rippen van de elektroden tijdens het verwijderen van de PDMS in een dergelijk geval. <ol start="8"><li> Verwijder de PDMS stempel na elektrische testen en voor de volgende chemische functionaliseringsstap door dompelen het sterven in DI-water en voorzichtig op te tillen het stempel. </li></ol> 6. Bereiding van Microfluidic Flow Channel <ol><li> Neem een ​​schone silicium wafer en plaats het op hete plaat bij 200 ° C gedurende 5 minuten tot het vocht te verwijderen. </li><li> Spin jas SU-8 2015 bij 500 rpm(100 rpm / sec Stijgingssnelheid) voor 5 sec en dan 1250 rpm gedurende 30 seconden bij 300 tpm / sec Stijgingssnelheid. Dit geeft een 30 um dikke SU-8 op silicium wafer. </li><li> Zachte bak de wafer bij 95 ° C gedurende 5 minuten. </li><li> Ontwerp een fotomasker (Figuur 4c) de 300 urn brede stromingskanaal patroon bovenop de SWNT te definiëren. </li></ol> Tip: Om instorting van de structuur van een kanaalbreedte vermijden: hoogte verhouding van 10:01 is voldoende (300 micrometer: 30 micrometer in dit geval). <ol start="5"><li> Met behulp van 365-nm UV-fotolithografie bepaal het debiet kanaal met een UV belichtingstijd van 0.9 sec. </li><li> Voeg bak de matrijs bij 95 ° C gedurende 5 minuten. </li><li> Ontwikkelen van het patroon in SU-8 ontwikkelaar voor 5 min begeleid door zacht schudden. </li><li> Spoel de wafer in IPA en droog te blazen met N2 pistool. </li><li> Volg de stappen 5,1-5,2 om een ​​PDMS mengsel te bereiden. </li><li> Plaats de wafer met SU-8 schimmel in een exsiccator samen met een 2-3 druppel silaneren middel trichloro (3, 3, 3-trifluorpropyl) silaan in een petrischaal. Zet de vacuümpomp laat de wafer zitten in vacuüm gedurende 1 uur. </li><li> Giet het ontgaste PDMS mengsel op de wafer en verwarmen in een oven bij 70 ° C gedurende 1 uur. </li><li> Snijd de PDMS mal (negatief of SU-8) met behulp van een scalpel. </li><li> Plaats de PDMS stempel ondersteboven en met een biopsie pons (0.75 mm diameter) om een ​​gat aan elk uiteinde van het stromingskanaal boren. Zorg ervoor dat het gat te boren van de vlakke zijde (de zijde in contact met de silicium wafer) aan de andere om ruwe randen (figuur 4e) te vermijden. </li><li> Plaats de PDMS stroom kamer op de bovenkant van het apparaat zorgvuldig door het gelijktrekken van het op de top van het actieve gebied van het gefabriceerde SWNT FET sterft onder een microscoop. Tik er zachtjes aan de stempel beveiligen op sterven. De platte kant obligaties om de dobbelsteen om een ​​lekdichte ruimte bieden. (Figuur 4c en 4d) </li><li> Duw een polyethyleen buis in de gaten en sluit het andere uiteinde aan een vloeistof source en drain injectiespuit (Figure 4e). </li><li> Bevestig de spuit aan een spuitpomp systeem om een gecontroleerde stroom van het fluïdum door het kanaal (figuur 6) te handhaven. </li></ol> 7. DC Elektrische meetopstelling <ol><li> Sluit de bron en de poort contacten van SWNT FET om spanning havens van een DAQ-kaart. </li><li> Sluit de afvoer contact op ingangspoort van de DAQ-kaart via een lopende voorversterker. </li><li> Solliciteer 30 millivolt (mV) om de bron aanraking, vegen de gate-spanning en noteer de huidige uit de afvoer (Figuur 5a). </li></ol> Tip: Voor metingen in oplossing, gate parameter spanningszwaai houden binnen | 0,7 volt | om lekkage en reactie tussen de gate metalen elektrode en oplossing te voorkomen. 8. AC Elektrische meetopstelling <ol><li> Sluit de Ref-out signaal van lock-in versterker om de externe modulatie signaal poort op de frequentie generator te installeren AM gemoduleerde frequency uitgang. </li><li> Sluit bron contactgegevens van SWNT FET aan de AM-gemoduleerde RF-uitgang van de frequentie generator en gelijkspanning van DAQ-kaart met behulp van een vooroordeel tee (figuur 5b en 5c). </li><li> Sluit contact poort naar spanning haven van DAQ-kaart. </li><li> Sluit de afvoer contactpersoon aan een lock-in versterker te lezen van de AC-stroom door de nanobuis. Lees de amplitude en fase van de stroom door de DAQ ingangspoorten. </li><li> Houd source dc spanning op 0 volt en AM-signaal frequentie 200 kilohertz (kHz). </li><li> Vegen de gate-spanning en meet de stroom van de drain. </li><li> Verhogen de frequentie en herhaal stap 8.6 voor I mix-V g sweeps op verschillende frequenties. </li></ol> 9. Elektrische metingen in Solution (No flow) <ol><li> Bereid 1 mM NaCl, 10 mM NaCl en 100 mM NaCl zoutoplossingen vanaf 5M NaCl stamoplossing. </li><li> Neem de SWNT apparaat vanaf stap 3.13. Het uitvoeren van de stappen 4,1-4,5 om een ​​biotinyleren verkrijgend-apparaat. </li><li> Volg stap 5 om een ​​PDMS kamer boven op het apparaat. </li><li> Vult de kamer met DI-water met behulp van een pipet. </li><li> Volg stap 8 voor de frequentie mengen metingen voor verschillende frequenties. </li><li> Herhaal 9.4 voor de drie verschillende zoutoplossingen 1 mM NaCl, 10 mM NaCl en 100 mM NaCl. </li></ol> Tip: Gebruik pipet naar de vorige oplossing intrekken en spoel dan de kamer meerdere keren met de nieuwe oplossing. Schakel altijd van de lage naar hoge concentratie oplossingen. <ol start="7"><li> Verwijder de PDMS stempel door voorzichtig op te tillen het stempel met een pincet. </li><li> Grondig het apparaat met DI-water afspoelen. </li><li> Voeren streptavidine binding zoals uitgelegd in 4,6-4,7. </li><li> Herhaal de stappen 9,3-9,6. </li></ol> 10. Elektrische metingen in Solution (Real Time Flow) <ol><li> Bereid 100 mM NaCl-zoutoplossing vanaf 5 M NaCl stamoplossing. </li><li> Neem de SWNT apparaat uit step 3,13. Het uitvoeren van de stappen 4,1-4,5 om een ​​gebiotinyleerd apparaat te verkrijgen. </li><li> Plaats de micro-vloeibare stroom kanaal op het toestel na stap 6 .. Sluit een lege injectiespuit aan een uiteinde van de microfluïdische kanaal voor opname modus. Aan de andere kant sluit een spuit met achtergrond oplossing van 100 mM NaCl. </li><li> Opzetten van de elektrische metingen zoals beschreven in stap 8. Bevestig de frequentie (f = 10 MHz) en gatespanning voorspanning (V = 0). </li><li> Start injectiepomp in schrappingscode (debiet = 0,4 ml uur -1) en toezicht op de huidige signaal met de tijd. Schakel de oplossing 1mg/ml streptavidine in 100 mM NaCl en monitorsignaal verandering streptavidine-biotine binding (figuur 6). </li></ol>

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

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen.

De groei van koolstof nanobuisjes niet alleen afhankelijk ovenvoorwaarden maar ook substraat hygiëne. De optimale gasstroom, temperatuur en druk voor groei om nauwkeurig gekalibreerde en eenmaal vastgesteld ze min of meer stabiel. Zelfs met deze voorwaarden is voldaan, we vonden dat de groei afhankelijk is van de gevormde katalysator gebied, hoeveelheid katalysator en substraat schoon. Vandaar dat we opgenomen meerdere katalysator pit maten om rekening te houden met de variabiliteit in de groei. Een een uur bij hoge tem...

Wanneer een geladen molecuul bindt aan een SWNT of NW elektronische sensor, kan het ofwel doneren / accepteren elektronen of fungeren als een lokale elektrostatische poort. In beide gevallen kan de gebonden molecule de ladingsdichtheid te wijzigen of de SWNT NW kanaal, wat leidt tot een verandering in de gemeten DC geleiding van de sensor. Een grote verscheidenheid aan moleculen 15-20 met succes gedetecteerd door het bestuderen DC kenmerken van de nanosensoren tijdens dergelijke bindingsgebeurtenissen. Ook al last-detectie gebaseerd sensing mechanisme heeft vele voordelen, waaronder label-free detectie 21, Femto-mol gevoeligheid 22, en elektronische uitgelezen mogelijkheid 15, het is alleen effectief in lage ionische sterkte oplossingen. In hoge ionische sterkte oplossingen, wordt DC detectie belemmerd door ionische screening 6-8. Een geladen oppervlak trekt contra-ionen uit de oplossing die een elektrische dubbellaag (EDL) nabij het oppervlak vormt. De EDL effectief afschermt deze kosten. Als tHij ionsterkte van de oplossing toeneemt, de EDL smaller en screening verhoogt. Deze screening effect wordt gekenmerkt door de Debye screening lengte λ D, <img alt="Vergelijking 1" fo:src="/files/ftp_upload/50438/50438eq1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50438/50438eq1.jpg" /> , Waarin ε de diëlektrische permittiviteit van de media, k B de constante van Boltzmann, T de temperatuur, q de elektronlading, en c is de ionsterkte van de elektrolytoplossing. Voor een typische 100 mM bufferoplossing, λ D is ongeveer 1 nm en de potentiële oppervlak volledig vertoond op een afstand van enkele nm. Dientengevolge meeste van nano-elektronische sensoren op basis van SWNT of NWs werken ofwel in droge toestand 20 of lage ionsterkte oplossingen 5,15,17,21-22 (c ~ 1 nM- 10 mM), anders moet het monster ontzouten stappen ondergaan 15,23. Point-of-care diagnostische apparaten moeten werken in fysiologisch relevante ionsterktes op locatie patiënt met beperkte steekproef verwerkingscapaciteit. Vandaar verzachtende ionische screening effect is van cruciaal belang voor de ontwikkeling en implementatie van POC nano-elektronische biosensoren. We beperken de ionische screening effect door het bedienen van SWNT gebaseerde nano-elektronische sensor aan megahertz frequentiebereik. Het protocol hier verstrekte informatie de fabricage van een SWNT transistor gebaseerd nano-elektronische detectie-platform en de hoge frequentie mengen meting voor biomoleculaire detectie. De single-walled carbon nanotubes worden geteeld door chemisch opdampen op ondergronden met Fe-katalysatoren 24 patroon. Voor onze SWNT transistoren, we nemen een geschorste top-poort 25 geplaatst 500 nm boven de nanobuis, die helpt te verbeteren hoogfrequente sensor respons en maakt het ook mogelijk voor een compacte MICRo-fluidic kamer om het apparaat af te dichten. De SWNT transistoren worden uitgevoerd als hoogfrequent mixers 9-11 om de achtergrond ionische afschermingseffect overwinnen. Bij hoge frequenties, hoeft de mobiele ionen in oplossing niet voldoende tijd hebben om de EDL te vormen en de fluctuerende biomoleculaire dipolen kan nog steeds de poort van de SWNT een vermenging stroom, dat is onze detectie-signaal te genereren. De frequentiemenging ontstaat door de lineaire IV kenmerken van een nanobuis FET. Onze detectie techniek verschilt van de conventionele technieken van lading gebaseerde detectie en impedantie spectroscopie 26-27. Ten eerste, detecteren we biomoleculaire dipolen bij hoge frequentie in plaats van de daaraan verbonden kosten. Ten tweede, de hoge steilheid van SWNT transistor geeft een interne winst voor de detectie signaal. Dit ondervangt de noodzaak voor externe versterking als bij hoogfrequente impedantiemetingen. Onlangs hebben andere groepen ook aan de orde biomoleculaire detectie in hoge background concentraties 23,28. Echter, deze methoden zijn meer betrokken, die complexe fabricage of zorgvuldige chemische techniek van receptor moleculen. Onze hoge frequentie SWNT sensor is voorzien van een eenvoudiger ontwerp en maakt gebruik van de inherente frequentie mengen eigendom van een nanobuis transistor. Wij zijn in staat om de ionische screening gevolgen te verzachten, waardoor veelbelovende een nieuwe biosensoren platform voor real-time point-of-care-detectie, waar biosensoren direct functioneren in fysiologisch relevante conditie gewenst zijn.

<table><tbody><tr><td colspan="4">REAGENTS</td></tr><tr><td colspan="4">Reagents die binnen Lurie Nanofabrication Facility (University of Michigan) werden geleverd, zijn gemarkeerd als LNF in de cataloguskolom. Chemicaliën die beschermende uitrusting (handschoenen, veiligheidsbril, gezichtsmasker, schort) en/of afzuiging vereisen, worden aangeduid met PPE in de opmerkingensectie.</td></tr><tr><td>Siliconen wafers (P-type, &lt;100&gt;, 500-550 &mu;m dik)</td><td>Silicon Valley Microelectronics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SPR 220 3.0</td><td>Dow (Rohm and Haas)</td><td>Megaposit SPR</td><td>PPE</td></tr><tr><td>AZ 300MIF</td><td>AZ Electronic Material Corporation</td><td></td><td>PPE</td></tr><tr><td>Aceton</td><td>J T Baker</td><td>9005-05</td><td>PPE</td></tr><tr><td>Isopropanol (IPA)</td><td>J T Baker</td><td>9079-05</td><td></td></tr><tr><td>Gebufferde waterstoffluoridezuur</td><td>Transene</td><td></td><td>PPE</td></tr><tr><td>1-Pyrene Butanoic Zuur, succinimidyl ester</td><td>Molecular Probes</td><td>P130</td><td>PPE</td></tr><tr><td>Biotin PEO Amine</td><td>Thermo Scientific</td><td>EZ- Link PEG2 Biotin, # 21346</td><td>PPE</td></tr><tr><td>Streptavidine</td><td>Invitrogen</td><td>S 888</td><td>PPE</td></tr><tr><td>Dimethylformamide</td><td>MP Biomedicals</td><td>0219514791</td><td>PPE</td></tr><tr><td>Polydimethylsiloxaan Elastomer Base en Hardener</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184 Elastomer Kit</td><td>PPE</td></tr><tr><td>SU-8 2015</td><td>Microchem</td><td>Y111064</td><td>PPE</td></tr><tr><td>SU-8 Ontwikkelaar</td><td>Microchem</td><td>Y020100</td><td>PPE</td></tr><tr><td>Silaniseringsmiddel</td><td>Sigma Aldrich</td><td>452807</td><td>PPE</td></tr><tr><td>Waterstof</td><td>Purity Plus</td><td>LNF</td><td></td></tr><tr><td>Etheen</td><td>Purity Plus</td><td>LNF</td><td></td></tr><tr><td>Argon</td><td>Purity Plus</td><td>LNF</td><td></td></tr><tr><td>Fosfaat Buffer Saline Systeem</td><td>Sigma Aldrich</td><td>PBS1</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">UITRUSTING</td></tr><tr><td colspan="4">Utrusting geleverd door Lurie Nanofabrication Facility (University of Michigan) wordt aangeduid als LNF in de cataloguskolom.</td></tr><tr><td>GCA 200 Autostepper</td><td>GCA</td><td>LNF</td><td></td></tr><tr><td>Low Pressure Chemical Vapor Deposition Tool</td><td>Tempress</td><td>LNF</td><td></td></tr><tr><td>e-beam Evaporator</td><td>Enerjet</td><td>LNF</td><td></td></tr><tr><td>CNT groeifurnace</td><td>First Nano</td><td>Easy Tube 3000 (LNF)</td><td></td></tr><tr><td>Fotomaskers</td><td>Nanofilm</td><td>LNF</td><td></td></tr><tr><td>Petrischaal (150mm)</td><td></td><td>LNF</td><td></td></tr><tr><td>Desiccator</td><td>Bel-Art</td><td>F420100000</td><td></td></tr><tr><td>Biopsy Punch</td><td>Ted Pella</td><td>15071/78</td><td></td></tr><tr><td>Schaar</td><td>Ted Pella</td><td>548</td><td></td></tr><tr><td>Polyethyleen Buizen PE-50</td><td>VWR</td><td>20903-414</td><td></td></tr><tr><td>Spuitpomp</td><td>New Era Pump Systems</td><td>NE-1000</td><td></td></tr><tr><td>Spuit</td><td>Fisher Scientific</td><td>BD Safety-Lok Syringes</td><td></td></tr><tr><td>Spuitnaalden</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-821-13A</td><td></td></tr><tr><td>DAQ kaart</td><td>National Instruments</td><td>779111-01</td><td></td></tr><tr><td>GPIB connector</td><td>National Instruments</td><td>778032-51</td><td></td></tr><tr><td>Lock-in Versterker</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SR 830</td><td></td></tr><tr><td>Frequentie Generator</td><td>HP Agilent</td><td>8648B, 9kHz -2GHz</td><td></td></tr><tr><td>Bias Tee</td><td>Picosecond</td><td>5575A-104</td><td></td></tr><tr><td>Huidige Versterker</td><td>DL Instruments, LLC</td><td>DL 1211</td><td></td></tr><tr><td>BNC kabels</td><td>Allied Electronics</td><td>665-xxxx</td><td></td></tr><tr><td>SMA kabels</td><td>Sentro Tech Corp</td><td>SCF65141</td><td></td></tr></tbody></table>

fabricage van koolstof nanobuis high-frequency nano-elektronische biosensoren voor sensing in high ionic strength solutions

Fabrication of Carbon Nanotube High-Frequency Nanoelectronic Biosensor for Sensing in High Ionic Strength Solutions

Het unieke elektronische eigenschappen en een hoge oppervlakte-volume verhouding van single-walled carbon nanotubes (SWNT) en halfgeleider nanodraden (NW) 1-4 maken ze goede kandidaten voor hoge gevoeligheid biosensoren. Wanneer een geladen molecuul bindt aan dergelijke sensoroppervlak, het verandert de ladingsdichtheid 5 in de sensor, wat resulteert in veranderingen in de DC geleiding. Echter, in een ionische oplossing een geladen oppervlak trekt ook contra-ionen uit de oplossing, het vormen van een elektrische dubbellaag (EDL). Deze EDL effectief afschermt van de lading, en in fysiologisch relevante omstandigheden ~ 100 millimolair (mM), de karakteristieke lading screening lengte (Debye lengte) is minder dan een nanometer (nm). Zo is in hoge ionische sterkte oplossingen, charge gebaseerde (DC)-detectie is fundamenteel belemmerd 6-8. We overwinnen lading screening effecten door het detecteren van moleculaire dipolen in plaats van kosten bij hoge frequentie, door het bedienen van koolstof NANOTube field effect transistors als hoge frequentie mixers 9-11. Bij hoge frequenties, kan de frequentieregelaar kracht niet meer overwinnen van de oplossing slepen en de ionen in oplossing niet voldoende tijd om de EDL te vormen. Verder frequentie mixing techniek ook toe bij de frequenties hoog genoeg ionische screening overwinnen, en de sensor signalen bij lagere frequenties 11-12 Nog detecteren. Ook de grote steilheid van SWNT transistoren betekent een interne winst voor het detectiesignaal, dat de behoefte aan externe signaalversterker ondervangt. Hier beschrijven we het protocol tot (a) vervaardigen SWNT transistoren, (b) het functionaliseren biomoleculen nanobuis 13 (c) het ontwerpen en stempel een polydimethylsiloxaan (PDMS) microfluïdische kamer 14 op de inrichting en (d) uitvoeren van hoogfrequente sensing in verschillende ionische sterkte oplossingen 11.

Een scanning elektronenmicroscoop beeld van SWNT transistor met een zwevende bovenste poort is getoond in figuur 7a. De afmetingen poort kritisch zijn voor schorsing 25. Het huidige ontwerp afmetingen zijn (lengte x breedte x dikte = 25 pm x 1 micrometer x 100 nm). De gate-elektrode bestaat uit 50 nm Cr/50 nm Au, een dikke chroomlaag voegt meer kracht om zwevende structuur. De zwevende structuur wordt bevestigd door de afwezigheid van lekstroom tussen top gate en drain (figuur 7b).</s...

We beschrijven het apparaat fabricage en meetprotocol voor koolstof nanobuis gebaseerde hoge frequentie biosensoren. De hoge frequentie sensing techniek vermindert de fundamentele ionische (Debye) screening effect en laat nanobuis biosensor in hoge ionische sterkte oplossingen waar conventionele elektronische biosensoren niet worden bediend. Onze technologie biedt een uniek platform voor point-of-care (POC) elektronische biosensoren die in fysiologisch relevante omstandigheden.

Fabricage van koolstof nanobuis High-Frequency Nano-elektronische biosensoren voor Sensing in High Ionic Strength Solutions

The unique electronic properties and high surface-to-volume ratios of single-walled carbon nanotubes (SWNT) and semiconductor nanowires (NW) 1-4 make them ...

Het algemene doel van het volgende experiment is het demonstreren van een nieuw nano-elektrisch sensorplatform voor point-of-care biomoleculaire detectie in oplossingen met een hoge ionsterkte. Dit wordt bereikt door single-walled carbon nanotube veldeffecttransistoren op een hoge frequentie te laten werken om het ionische afschermingseffect te verminderen. Eerst worden de nanotube-transistoren gefabriceerd en gefunctionaliseerd met receptormoleculen.Als tweede stap worden de apparaten ingekapseld met een microfluïdisch stroomkanaal, waardoor biomolecuul-monsteroplossingen kunnen worden geïnjecteerd voor real-time detectie. Vervolgens worden de brandstoftransistoren met enkelwandige koolstofnanobuisjes gebruikt als hoogfrequente mengers. Om een ionisch afschermingseffect bij een hoge aandrijffrequentie te overwinnen, kunnen ionen en oplossingen de nanobuis-sensor niet langer effectief afschermen, waardoor de oscillerende dipoolmomenten van oppervlaktegebonden biomoleculen kunnen worden gedetecteerd.De resultaten tonen de detectie van strep avidine- en biotinebinding in een 100 millimolar achtergrondoplossing aan, gebaseerd op het monitoren van veranderingen in de mengstroom bij een aansturingsfrequentie van 10 megahertz. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden, zoals gelijkstroomdetectie, is dat het het screeningeffect van het device overwint, wat gelijkstroomdetectie in oplossingen met een hoge ionsterkte fundamenteel belemmert. In tegenstelling tot traditionele sensoren gebaseerd op ladingsdetectie, detecteert onze methode de dipoolmomenten van biomoleculen door de hoogfrequente respons van nanobuis-transistoren te onderzoeken.Plaats eerst een fotomasker met rechthoekige putjes voor de katalysator op een met fotoresist gecoate siliciumwafer en belicht deze met een UV I-bestraling van 300 millijoules per centimeter squared gedurende 0,3 seconden. Plaats de ontwikkelde wafer in een elektronenstraalevaporatiekamer en deponeer 0,5 nanometers ijzer bij een kamerdruk van 10 to the negative six tor. Nadat de katalysator-gecoate siliciumwafer uit de kamer in kleinere dies is gesneden, worden deze op een kwartsbootje geplaatst en wordt het bootje in de CVD-groeioven geladen. Programmeer de oven om de temperatuur in het midden van de buis te verhogen naar 800 degrees Celsius, terwijl een stroom van 1 SLM argon wordt gehandhaafd.Laat gedurende vijf minuten 0,2 SLM waterstof stromen om de katalysatorpartikels te reduceren en ijzeroxide om te zetten in ijzer. Vervolgens wordt gedurende 35 minuten 5,5 SCCM ethyleen geïntroduceerd om de S wts te laten groeien. Gedurende het gehele proces wordt een waterstofstroom van 0,2 SLM gehandhaafd.Na afkoeling tot kamertemperatuur onder een kleine argonstroom wordt de kleurstof uit de oven gehaald. Nadat het gebied voor de metaaldepositie van de contacten is gedefinieerd, wordt de kleurstof in de verdampingskamer geplaatst, waarna 0,5 nanometer titanium en 50 nanometer goud worden gedeponeerd als source- en drain-contactmetalen in een elektronenstraalverdampingskamer bij 10⁻⁶ tor. Na voltooiing wordt de kleurstof een nacht in aceton geweekt voor de metal liftoff.Dompel het vervolgens 10 minuten in isopropanol en droog het af met stikstof. Plaats de kleurstof daarna terug in de verdampingskamer en damp met een elektronenstraalverdampingsinstallatie 500 nanometers siliciumdioxide op bij 10⁻⁶ tor, gevolgd door 50 nanometers chroom en 50 nanometers goud als bovenste gate-elektrode. Na het patroneren van de fotolak werd het gedampte siliciumdioxide nat geëtst met een 1:20 gebufferde fluorwaterstofzuuroplossing gedurende drie minuten en 30 seconden.Bereid nu een oplossing van 6 mM PBSE in dimethylformamide en incubeer de S-W-N-T-F-E-T-D gedurende één uur bij kamertemperatuur in de oplossing van PBSE-linker-moleculen. Bereid vervolgens een oplossing van 20 mg/mL amine-PEG2-biotine in gedeïoniseerd water.Incubeer de kleurstof gedurende 18 uur in deze oplossing. Spoel de kleurstof vervolgens grondig af met gedeïoniseerd water. Herhaal het spoelen acht tot 10 keer en droog daarna met een föhn.Plaats een nieuwe siliciumwafer in een petrischaal en giet een DGAs PDMS-mengsel in de schaal totdat het mengsel vijf millimeter boven de wafer staat. Plaats de petrischaal vervolgens een uur lang in een oven bij 70 °C. Haal de petrischaal uit de oven en laat de wafer afkoelen tot kamertemperatuur.Gebruik een scalpel om een rechthoekig stuk PDMS uit te snijden en haal dit eruit met een pincet. Plaats vervolgens de rechthoekige kleurstof ondersteboven en pons een gat door de platte zijde met een biopsiepons van drie millimeter. Nadat de kleurstof onder de microscoop is geplaatst, wordt de PDMS-kamer voorzichtig bovenop de kleurstof geplaatst door deze uit te lijnen met het actieve gebied van de vervaardigde S-W-N-T-F-E-T-apparaten.Plaats een siliciumwafer met een SU-8 mal in een Petrischaal en voeg twee tot drie druppels trichloor(3,3,3-trifluoropropyl)silaan toe. Plaats de Petrischaal gedurende één uur in een vacuümkamer en haal de Petrischaal vervolgens uit het vacuüm.Giet het DGAs PDMS-mengsel op de wafer en verhit dit in een oven bij 70 °C gedurende één uur. Haal na afloop de Petrischaal uit de oven en laat de wafer afkoelen tot kamertemperatuur. Snijd een rechthoekige PDMS-stempel uit, plaats deze ondersteboven en pons aan beide uiteinden van het stroomkanaal een gat met een biopsietang van 0,75 mm.Nadat de kleurstof onder de microscoop is geplaatst, wordt de PDMS-stroomkamer voorzichtig bovenop de kleurstof geplaatst door deze uit te lijnen met het actieve gebied van de vervaardigde S-W-N-T-F-E-T-apparaten. Duw vervolgens een polyethyleenslang in elk gat en verbind één slang met de cilinder van een vloeistofbronspuit en de andere slang met een afvoerspuit. Bevestig de spuit aan een spuitpomp om een gecontroleerde vloeistofstroom door het kanaal te handhaven.Om de AM-gemoduleerde frequentie-uitgang in te stellen, verbindt u het ref out-signaal van de lock-in versterker met de externe modulatiesignaalpoort op de frequentiegenerator. Verbind vervolgens de AM-gemoduleerde RF-uitgang en de DC-spanning met een bias T, en verbind de uitgang van de bias T met het broncontact van de SWNT. Verbind daarna het gate-contact met de spanningspoort van de DAC-kaart om de AC-stroom door de nanobuis te meten.Verbind het drain-contact met een lock-in versterker. Verbind de amplitude- en fasepoorten van de lock-in versterker met de DAC-ingangspoorten. Houd de DC-bronspanning op 0 volt en de A-signaalfrequentie op 200 kilohertz.Varieer de gatespanning en meet de stroom vanaf de drain. Vul de vloeistofkamer met gedeïoniseerd water met behulp van een pipet. Voer de AC-elektrische meting uit.Herhaal dit met 1 millimolar natriumchloride, 10 millimolar natriumchloride en 100 millimolar natriumchloride, en meet voor elke oplossing de respons van het apparaat. Nadat het microfluïdische stroomkanaal op het apparaat is geplaatst, verbindt u één slang met een lege spuit op de spuitenpomp en de andere slang met een spuitcilinder die is gevuld met een 100 millimolar natriumchloride-oplossing.Stel de spuitpomp in op de onttrekkingsmodus. Er wordt een 100 millimolaire natriumchloride-oplossing in de buis getrokken. De stroom kan op de computer worden gemonitord.Vervang vervolgens de oplossing door 1 mg/mL streptavidine in 100 mM natriumchloride en monitor de real-time stroomverandering voor de binding van streptavidine aan biotine. Hier wordt een afbeelding uit een scanning elektronenmicroscoop getoond van een S SW NT-transistor met een zwevende topgate. De elektrode bestaat uit 50 nm chroom en 50 nm goud, waarbij een dikke chroomlaag zorgt voor extra stevigheid van de zwevende structuur. De zwevende structuur wordt bevestigd door de afwezigheid van een lekstroom tussen de topgate en de drain.Om het succes van de zijwandfunctionalisatie te karakteriseren, werden de veranderingen in de FET DC-overdrachtscurves in lucht gemonitord na elke functionalisatiestap. De overdrachtscurve voor de onbehandelde nanotube FET verschuift naar rechts na biotine-functionalisatie en streptavidine-binding, zoals afgebeeld.Hier is het gemeten gemengde stroomdetectiesignaal als functie van de loopspanning voor een typisch apparaat in 100 millimolair natriumchloride. De grafiek toont de curves voor de DC-stroom, de gemengde stroom en de theoretische gemengde stroom. De gegevens tonen aan dat de resultaten van de mengstroom goed overeenstemmen met een theoretisch model.De representatieve resultaten van statische metingen en real-time stromingsmetingen worden hier getoond. De curven van de mengstroom tegenover de poortspanning representeren gebiotineerde en met streptavidine gebonden SWNT in 100 millimolair natriumchloride. De mengstroom verandert bij binding van streptavidine in het real-time stromingsexperiment.De signaalverandering werd ook gemeten vóór en na streptavidine-binding in een controle-apparaat van silicium en oxide in gedeïoniseerd water bij verschillende frequenties; er is geen verandering na binding, wat aangeeft dat het detectiemechanisme voortvloeit uit de interactie tussen SWNT en biomoleculen bij hoge frequenties. Deze meettechniek kan in het algemeen worden toegepast op elektronische biosensoren op basis van nanobuisjes, nanodraden of grafeen en kan direct worden uitgevoerd in achtergrondoplossingen met een hoge ionsterkte zonder dat tijdrovende stappen zoals ontzouting nodig zijn.

fabrication-carbon-nanotube-high-frequency-nanoelectronic-biosensor

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Fluorescerende nanodeeltjes geproduceerd in ons lab wordt gebruikt voor beeldvorming ion concentraties en fluxen ion in biologische systemen zoals cellen tijdens de signalering en interstitiële vloeistof tijdens fysiologische homeostase.

Fluorescerende Nanodeeltjes voor het meten van Ion Concentratie in Biological Systems

"E-DNA" sensoren, reagentless hebben elektrochemische biosensoren die goed presteren, zelfs wanneer direct uitgedaagd in het bloed en andere complexe matrices, aangepast aan de detectie van een breed scala van nucleïnezuur, eiwitten en kleine moleculen analyten. Hier presenteren we een algemene procedure voor de fabricage en het gebruik van dergelijke sensoren.

Fabricatie van elektrochemische-DNA Biosensoren voor de Reagentless detectie van nucleïnezuren, eiwitten en kleine moleculen

Een methode voor de groei van laagtemperatuur verticaal uitgelijnde koolstofnanobuizen, en de daaropvolgende fabricage van verticale interconnect elektrische teststructuren met behulp van halfgeleiderfabricage wordt gepresenteerd.

Fabricage van Low Temperature koolstof nanobuis Verticale Verbindingen Compatibel met halfgeleidertechnologie

We beschrijven de belangrijkste stappen voor biosensing door gebruik te maken van polysilicon nanowire field-effect transistors, inclusief de voorbereiding van het apparaat en de immobilisatie en bevestiging van een DNA moleculaire sonde op het nanowire oppervlak, evenals de voorwaarden voor DNA sensing.

Bereiding van silicium Nanowire veldeffecttransistor voor chemische en biosensoren toepassingen

We presenteren een protocol voor het ontwerpen van de coronafase van nabij-infrarood fluorescente enkelwandige koolstofnanobuizen (SWNT's) met behulp van amfifiele polymeren en DNA om sensoren te ontwikkelen voor moleculaire doelen zonder bekende herkenningselementen.

Engineering Moleculaire herkenning met Bio-mimetische Polymers op enkelwandige koolstof nanobuisjes

In deze paper, stroom gesubsidieerde diëlektroforese blijkt voor de zelf-assemblage van nanowire apparaten. De fabricage van een silicium nanowire veld effect transistor wordt weergegeven als een voorbeeld.

Stroom-bijgewoonde diëlektroforese: Een Low-Cost methode voor de fabricage van hoogwaardige oplossing-verwerkbaar Nanowire apparaten

Hier presenteren we een protocol voor de fabricage van een gesloten type draadloze nanopore-elektrode en latere elektrochemische waardering voor één nanoparticle botsingen.

Een gesloten Type draadloze Nanopore-elektrode voor het analyseren van interne nanodeeltjes

In deze studie, we wijzigen koolstofvezel micro-elektroden met gouden nanodeeltjes om de gevoeligheid van neurotransmitter detectie te verbeteren.

Gouden nanodeeltjes gemodificeerde koolstofvezel micro elektroden voor verbeterde neurochemische detectie

In dit werk beschrijven we een protocol om ijzer nanodraden te fabriceren, met inbegrip van de vorming van het poreuze aluminiumoxide dat wordt gebruikt als de sjabloon, elektrodepositie in sjablonen met behulp van elektrolytoplossing, en de afgifte van de nanodraden in de oplossing.

Ijzer-Nanodraad fabricage door nano-poreus geanodiseerd aluminium en de karakterisering ervan

Dit protocol beschrijft de fabricage van een indium-tinoxide (ITO)-gebaseerde ionengevoelige veldeffecttransistor (ISFET) uit één stuk, die kan worden geconstrueerd als een oplossingsafhankelijke FET-sensor (bijv. pH-sensor) met behulp van een kort en eenvoudig proces (ongeveer een halve dag). Deze ITO-ISFET uit één stuk kan ook worden toegepast op biosensing.

Fabricage van een oplossingsafhankelijke transistor op basis van indium-tinoxide uit één stuk die gevoelige biodetectie mogelijk maakt

Leer de fabricage van koolstof nanobuis high-frequency nano-elektronische biosensoren voor detectie van biomoleculaire interacties in oplossingen met hoge ionische sterkte.

Fabricage van koolstof nanobuis High-Frequency Nano-elektronische biosensoren voor Sensing in High Ionic Strength Solutions

Meer video's verkennen