Мы описываем изготовление устройств и протокол измерений углеродных нанотрубок на основе биосенсоров высокой частоты. Высокая частота обнаружения, смягчает фундаментальных ионные (Дебая) эффект экранирования и позволяет нанотрубки биосенсоров для работы в высокой ионной силой, когда обычные электронные биосенсоров неудачу. Наша технология обеспечивает уникальную платформу для точка-санитарной помощи (СПЭ) электронных биосенсоров работающих в физиологически значимых условий.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Изготовление углеродных нанотрубок Высокочастотный Наноэлектронные биосенсоров для обнаружения в высокой ионной силой
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Уникальные электронные свойства и высокое отношение поверхности к объему соотношениях одностенных углеродных нанотрубок (ОНТ) и полупроводниковых нанопроводов (NW) 1-4 делает их хорошими кандидатами на высокой чувствительности биосенсоров. Когда заряженная молекула связывается с такой поверхности датчика, он изменяет плотность носителей 5 в датчике, в результате изменений в постоянного тока проводимости. Однако в ионном растворе заряженной поверхности привлекает противоионов из раствора, формируя двойным электрическим слоем (ДЭС). Это EDL эффективно экранирует заряд, а в физиологически соответствующие условия ~ 100 миллимолярных (мм), характерная длина экранирования заряда (длина Дебая) меньше нанометра (нм). Таким образом, в высокой ионной силой, зарядом на основе (DC) обнаружение принципиально препятствует 6-8.
Мы преодолеваем эффект экранирования заряда путем обнаружения молекулярных диполей, а не обвинения на высокой частоте, от операционной углерода nanotВБО полевых транзисторов как миксеры повышенной частотой 9-11. На высоких частотах, сила переменного тока больше не может преодолеть сопротивление и решение ионов в растворе не имеют достаточно времени, чтобы сформировать EDL. Кроме того, смешение частот техника позволяет работать на частотах достаточно высокой, чтобы преодолеть ионной скрининга, и все же обнаружить зондирования сигналов на более низких частотах 11-12. Кроме того, высокая крутизна ОСНТ транзисторов обеспечивает внутренний коэффициент усиления сигнала обнаружения, который устраняет необходимость внешнего усилителя сигнала.
Здесь мы описываем протокол (а) изготовить ОНТ транзисторов, (б) функционализировать биомолекул к нанотрубке 13, (с) разрабатывать и печать поли-диметилсилоксана (PDMS) микро-жидкостный камере 14 на устройство, и (г) унести высокую частоту зондирования в различных ионной силой 11.
Введение
Когда заряженная молекула связывается с датчиком ОНТ или NW электронной, он может либо пожертвовать / принимать электроны или выступать в качестве местного электростатического ворот. В любом случае, связанной молекулы могут изменять плотность заряда в ОСНТ или NW канал, что приводит к изменению измеренного постоянного тока проводимости датчика. Большое разнообразие молекул 15-20 были успешно обнаружен при изучении DC характеристик наносенсоры во время таких событий связывания. Хотя заряд обнаружения, основанные чувствительный механизм имеет много преимуществ, включая без наклеек обнаружения 21, фемто-молярной чувствительности 22, и эл....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
1. Catalyst Patterning для роста нанотрубок
- Начните с кремниевой пластины с низким давлением химического осаждения из паровой фазы (CVD), выращенных 500 нм Si 3 N 4/500 нм SiO 2 фильма на вершине.
- Спин пальто слой фоторезиста (PR) при 500 оборотах в минуту в течение 5 секунд, а затем 4000 оборотов в минуту в течение 40 сек.
- Выпекать пластины при 115 ° С в течение 90 сек.
- Используйте фотошаблонов с прямоугольными ямами для катализаторов (рис. 1) и разоблачить пластины в УФ (365 нм) излучения 300 мДж / см 2 в течение 0,3 сек. После экспонирования пластин испечь при тем....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Сканирование изображений электронного микроскопа ОНТ транзистор с верхним затвором, приостановлено показан на рисунке 7а. Ворота размеры имеют решающее значение для подвески 25. Текущие размеры конструкции (длина х ширина х толщина = 25 мкм и длиной 1 мкм и шириной 100 нм). Электрод затвора состоит из 50 нм Cr/50 нм Au; толстым слоем хрома добавляет больше сил, чтобы подвесная конструкция. Подвесная конструкция подтверждается отсутствие утечки тока между верхней затвора и стока (рис. .......
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Рост углеродных нанотрубок зависит не только от условий печи, но и подложка чистоты. Оптимальная скорость потока газа, температуру и давление для роста должны тщательно откалиброван и как только фиксируется они более или менее стабильным. Даже при этих условиях удовлетворяются, мы обнаружили, что рост зависит от площади узорной катализатор, количество катализатора и субстрата чистоты. Таким образом, мы включили несколько катализаторов вмятины размером для учета изменчивости в росте. Один час высокая температура отжига ш.......
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.
Благодарности
Мы благодарим профессора Пола Мак-Юэн Корнельского университета для раннего обсуждения. Работа выполнена при поддержке запуска фонда предусмотреть в Университете Мичигана и Национального научного фонда масштабируемая программа нанопроизводства (DMR-1120187). Эта работа на установке Лурье Nanofabrication Мичиганского университета, член Национальной сети нанотехнологической инфраструктуры финансируется Национальным научным фондом.
....Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| REAGENTS | |||
| Реагенты, которые были предоставлены в рамках Lurie Nanofabrication Facility (Мичиганский университет), помечены как LNF в столбце каталога. Химические вещества, для которых требуется защитное снаряжение (перчатки, защитные очки, маска для лица, фартук) и/или вытяжной шкаф, обозначены СИЗ в разделе комментариев. | |||
| Кремниевые пластины (P-type, < 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 |
| Isopropanol (IPA) | J T Baker | 9079-05 | |
| Buffered hydrofluoric acid Transene | СИЗ | ||
| 1-пирен бутановая кислота, сукцинимидиловый эфир | молекулярные зонды | P130 | СИЗ |
| биотин PEO Amine | Thermo Scientific | EZ- Link PEG2 биотин, # 21346 | СИЗ |
| стрептавидин | инвитроген | s 888 | ПП |
| диметилформамид | MP биомедикалы | 0219514791 | СИЗ |
| полидиметилсилоксан эластомерная основа и отвердитель | Dow Corning | Sylgard 184 Комплект эластомеров СИЗ | |
| SU-8 2015 | Microchem | Y111064 | СИЗ |
| SU-8 Проявитель | Microchem | Y020100 | СИЗ |
| Силанизирующий агент | Sigma Aldrich | 452807 | СИЗ |
| Hydrogen | Purity Plus | LNF | |
| Ethylene | Purity Plus | LNF | |
| Argon | Purity Plus | LNF | |
| Phosphate Buffer Salt System | Sigma Aldrich | PBS1 | |
| EQUIPMENT | |||
| Оборудование, предоставленное Lurie Nanofabrication Facility (University of Michigan), обозначено как LNF в колонке каталога. | |||
| GCA 200 Автошаговый | насос GCA | LNF | |
| Инструмент для химического осаждения из газовой фазы низкого давления | Tempreses | LNF | |
| электронно-лучевой испаритель | Enerjet | LNF | |
| CNT Печь для выращивания | First Nano | Easy Tube 3000 (LNF) | |
| Фотошаблоны | Нанопленка | LNF | |
| чашка Петри (150 мм) | LNF | ||
| Эксикатор | Bel-Art | F420100000 | |
| Biopsy Punch | Ted Pella | 15071/78 | |
| Скальпель | Ted Pella | 548 | |
| Полиэтиленовая трубка PE-50 | VWR | 20903-414 | |
| Шприцевой насос | New Era Pump Systems | NE-1000 | |
| Шприц | Fisher Scientific | BD Safety-Lok Шприцы | |
| Иглы для шприца | Fisher Scientific | 14-821-13A | |
| Плата сбора данных | National Instruments | 779111-01 | |
| Разъем GPIB | National Instruments | 778032-51 | |
| Усилитель с блокировкой | Stanford Research Systems | SR 830 | |
| Генератор частоты | HP Agilent | 8648B, 9 кГц -2 ГГц | |
| Тройник смещения | Пикосекундный | 5575A-104 | |
| Предусилитель тока | DL Instruments, LLC | DL 1211 | |
| BNC кабели | Allied Electronics | 665-xxxx | |
| SMA | Sentro Tech Corp | SCF65141 |
Ссылки
- 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., ....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
Теги
