Descrevemos a fabricação do dispositivo e protocolo de medição para nanotubos baseados em biossensores de alta freqüência de carbono. A técnica de detecção de alta frequência atenua a iônica (Debye) efeito fundamental de triagem e permite nanotubo de biosensor para ser operado em soluções de força iônica alta onde biossensores eletrônicos convencionais falham. Nossa tecnologia oferece uma plataforma única para o ponto de atendimento (POC) biossensores eletrônicos que operam em condições fisiologicamente relevantes.
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Artigo de método
Fabricação de Nanotubos de Carbono de Alta Frequência Nanoelectronic Biosensor de Sensoriamento em High Solutions força iônica
Neste artigo
Resumo
Resumo
As propriedades eletrônicas únicas e elevados rácios de superfície-volume de nanotubos de carbono de parede única (SWNT) e nanofios semicondutores (NW) 1-4 torná-los bons candidatos para biossensores de alta sensibilidade. Quando se liga uma molécula carregada para uma tal superfície do sensor, que altera a densidade do portador 5 no sensor, o que resulta em mudanças na sua condutância CC. No entanto, numa solução iónica uma superfície carregada também atrai contra-iões na solução, formando uma dupla camada eléctrica (EDL). Este EDL telas efetivamente fora do cargo, e em condições fisiologicamente relevante ~ 100 milimolar (mM), a característica de carga comprimento triagem (Debye comprimento) é menor do que um nanômetro (nm). Assim, em soluções de alta força iônica, detecção de carga baseado (DC) é fundamentalmente impedido 6-8.
Nós superar os efeitos de triagem de carga através da detecção de dipolos moleculares, em vez de encargos em alta freqüência, operando nanot carbonoUBE transistores de efeito de campo como misturadores de alta freqüência 9-11. Em altas freqüências, a força de acionamento AC não pode mais superar o arrasto solução e os íons em solução não tem tempo suficiente para formar a EDL. Além disso, a técnica de mistura freqüência nos permite operar em freqüências mais altas o suficiente para superar triagem iônica, e ainda detectar os sinais de detecção em freqüências mais baixas 11-12. Além disso, a elevada transcondutância dos transístores SWNT fornece um ganho interno para o sinal de detecção, o que evita a necessidade de amplificador de sinal externo.
Aqui, descrevemos o protocolo (a) fabricar transistores SWNT, (b) funcionalizar biomoléculas para o nanotubo 13, (c) projetar e carimbar um poli-dimethylsiloxane (PDMS) câmara de micro-fluídico 14 para o dispositivo, e (d) realizar a detecção de alta freqüência em diferentes soluções de força iônica 11.
Introdução
Quando uma molécula carregada liga-se a um sensor eletrônico SWNT ou NW, ele pode doar / aceitar elétrons ou atuar como um portão eletrostática local. Em ambos os casos, a molécula de ligação pode alterar a densidade de carga no canal SWNT ou NW, conduzindo a uma alteração na condutância CC medida do sensor. Uma grande variedade de moléculas de 15-20 foram detectados com sucesso através do estudo das características DC nanosensors durante tais eventos de ligação. Mesmo que de detecção de carga mecanismo de detecção baseado tem muitas vantagens, incluindo a detecção de etiqueta livre de 21, a sensibilidade femto-molar 22, e ler eletrôn....
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Protocolo
1. Padronização catalisador para o crescimento SWNT
- Comece com uma pastilha de silício com uma pressão de deposição química a vapor baixa (CVD) cresceu 500 nm de Si 3 N 4/500 nm SiO 2 filme no topo.
- Girar revestimento de uma camada de material fotosensitivo (PR) a 500 rpm durante 5 segundos e, em seguida, 4.000 rpm, durante 40 seg.
- Cozer a bolacha a 115 ° C durante 90 seg.
- Usar uma fotomáscara com poços rectangulares para catalisadores (Figura 1) e expor a bolacha no UV (365 nm) irradiância de 300 mJ / cm 2 para 0,3 seg. Após a exposição a bolacha cozer a 115 ° C dur....
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Resultados
A imagem do microscópio electrónico de varrimento do transistor SWNT com uma porta superior suspensa é mostrado na Figura 7a. As dimensões da porta são críticos para a suspensão 25. As atuais dimensões do projeto são (comprimento x largura x espessura = 25 mM mM x 1 x 100 nm). O eletrodo de porta consiste de 50 nm Cr/50 nm Au; uma camada de cromo espesso acrescenta mais força à estrutura suspensa. A estrutura suspensa é confirmado pela ausência de corrente entre os top gate e dreno (F.......
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Discussão
O crescimento dos nanotubos de carbono depende não só das condições de forno, mas também limpeza substrato. A taxa de fluxo de gás óptima, temperatura e pressão para o crescimento tem que cuidadosamente calibrada e uma vez fixado eles são mais ou menos estável. Mesmo com essas condições sejam cumpridas, verificou-se que o crescimento depende da área de catalisador a modelada, a quantidade de catalisador e limpeza do substrato. Por isso, nós incorporamos vários tamanhos pit catalisador para dar conta da variabilidade no .......
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Divulgações
Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.
Agradecimentos
Agradecemos ao Prof Paul McEuen na Universidade de Cornell para a discussão inicial. O trabalho é apoiado pelo fundo de arranque fornecer pela Universidade de Michigan e do National Science Foundation Programa de Nanofabricação (Scalable DMR-1120187). Este trabalho utilizou a Nanofabricação Facilidade Lurie na Universidade de Michigan, membro da Rede Nacional de Infra-estrutura Nanotecnologia financiado pela National Science Foundation.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| REAGENTS | |||
| Os reagentes que foram fornecidos na Lurie Nanofabrication Facility (Universidade de Michigan) são marcados como LNF na coluna do catálogo. Os produtos químicos que requerem equipamento de proteção (luvas, óculos de segurança, máscara facial, avental) e/ou exaustor são indicados com EPI na seção de comentários. | |||
| Placas de silício (tipo P, < 100>, 500-550 μ m de espessura) | Silicon Valley Microelectronics | ||
| SPR 220 3.0 | Dow (Rohm and Haas) | Megaposit SPR | PPE |
| AZ 300MIF | AZ Electronic Material Corporation | PPE | |
| Acetona | JT Baker | 9005-05 | PPE |
| Isopropanol (IPA) | JT Baker | 9079-05 | |
| Transeno de ácido fluorídrico tamponado | |||
| Ácido butanóico PPE 1-Pyrene, sondas moleculares de éster succinimidyl | P130 | PPE | |
| Biotina PEO amina | Thermo Scientific | EZ- Link PEG2 Biotina, # 21346 | PPE |
| Streptavidin | Invitrogen | S 888 | PPE |
| Dimetilformamida | MP Biomedicals | 0219514791 | PPE |
| Base de elastômero de polidimetilsiloxano e agente de cura | Kit de | elastômero Dow Corning Sylgard 184 | PPE |
| SU-8 2015 | Microchem | Y111064 | PPE |
| SU-8 Desenvolvedor | Microchem | Y020100 | PPE |
| Agente de silanização | Sigma Aldrich | 452807 | PPE |
| Pureza de hidrogênio | mais | LNF | |
| Pureza de etileno | mais | LNF | |
| Argônio | Pureza mais | sistema | |
| Sigma Aldrich | PBS1 | ||
| EQUIPMENT | |||
| O equipamento fornecido pela Lurie Nanofabrication Facility (Universidade de Michigan) é indicado como LNF na coluna Catálogo. | |||
| GCA 200 Autostepper | GCA | LNF | |
| Ferramenta de Deposição de Vapor Químico de Baixa Pressão | Tempress | LNF | |
| e-beam Evaporador | Enerjet | LNF | |
| CNT Forno de crescimento | Primeiro Nano | Easy Tube 3000 (LNF) | |
| Photomasks | Nanofilme | LNF | |
| Placa de Petri (150mm) | LNF | ||
| Dessecador | Bel-Art | F420100000 | |
| Biópsia Punch | Ted Pella | 15071/78 | |
| Bisturi | Ted Pella | 548 | |
| Tubo de polietileno PE-50 | VWR | 20903-414 | |
| Bomba de seringa | New Era Pump Systems | NE-1000 | |
| Seringa | Fisher Scientific | BD Safety-Lok Seringas | |
| Agulhas de Seringa | Fisher Scientific | 14-821-13A | |
| Cartão DAQ | Conector GPIB National Instruments | 779111-01 | |
| National Instruments | 778032-51 | ||
| Gerador de | SR 830 | Stanford Research Systems | |
| HP Agilent | 8648B, T de polarização de 9kHz -2GHz | ||
| Pré-amplificador de Corrente Picosecond | 5575A-104 | ||
| DL Instruments, LLC | DL 1211 | ||
| Cabos BNC | Allied Electronics | 665-xxxx | |
| Cabos SMA | Sentro Tech Corp | SCF65141 |
Referências
- Dekker, C. Carbon nanotubes as molecular quantum wires. Phys. Today. 52, 22-28 (1999).
- McEuen, P. L., Fuhrer, M. S., Park, H. K. Single-walled carbon nanotube electronics. IEEE Transactions on Nanotechnology. 1, 78-85 (2002).
- Duan, X. F., Huang, Y., Cui, Y., Wang, J. F., ....
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Reimpressões e permissões
