Изготовление углеродных нанотрубок Высокочастотный Наноэлектронные биосенсоров для обнаружения в высокой ионной силой

Общая цель данного эксперимента — продемонстрировать новую наноэлектрическую сенсорную платформу для обнаружения биомолекул в местах оказания медицинской помощи в решениях с высокой ионной силой. Это достигается за счет работы одностенных транзисторов с полевым эффектом на углеродных нанотрубках на высокой частоте для смягчения эффекта ионного экранирования. Во-первых, транзисторы на нанотрубках изготавливаются и функционализируются с помощью молекул рецепторов.

В качестве второго шага устройства инкапсулированы с микрофлюидным проточным каналом, который позволяет вводить растворы биомолекул для измерения в режиме реального времени. Далее, топливные транзисторы с одностенными углеродными нанотрубками работают как высокочастотные смесители. Для преодоления ионного экранирующего эффекта на высокой частоте вождения ионы и растворы больше не могут эффективно экранировать нанотрубку, позволяя обнаруживать колеблющиеся дипольные моменты поверхностно связанных биомолекул

Полученные результаты свидетельствуют об обнаружении связывания стрептококка и биотина в 100 миллимолярном фоновом растворе на основе мониторинга изменений тока смешивания с частотой возбуждения 10 мегагерц. Основное преимущество этого метода по сравнению с существующими методами, такими как обнаружение постоянного тока, заключается в том, что он преодолевает эффект экранирования устройства, который принципиально препятствует обнаружению длительного тока в решениях с высокой ионной силой. В отличие от традиционных датчиков, основанных на детекции заряда, наш метод обнаруживает дипольные моменты биомолекул путем изучения высокочастотной характеристики транзисторов на нанотрубках.

Сначала поместите фотомаску с прямоугольными ямками для катализатора на силиконовую пластину с фоторезистным покрытием и подвергните ее воздействию ультрафиолетового излучения I в 300 миллиджоулей на квадратный сантиметр в течение 0,3 секунды. Загрузите разработанную пластину в электронно-лучевую испарительную камеру и нанесите 0,5 нанометра железа при давлении в камере 10 до отрицательных шести тор. После разрезания кремниевой пластины с каталитическим покрытием из камеры на более мелкие красители, поместите их на кварцевую лодку и загрузите лодку в печь для выращивания CVD Программа печи для увеличения температуры печи до 800 градусов Цельсия в центре трубки, сохраняя при этом поток одного SLM аргона.

Налейте 0,2 SLM водорода в течение пяти минут, чтобы уменьшить количество частиц катализатора и превратить оксид железа в железо. Затем 5,5 SCCM этилена вводят в течение 35 минут для выращивания S wts. Поток водорода в 0,2 SLM поддерживается на протяжении всего процесса.

После остывания до комнатной температуры при небольшом потоке аргона снять краситель с печи. После определения области осаждения металла для контактов поместите краситель в испарительную камеру, затем нанесите 0,5 нанометра титана и 50 нанометров золота в качестве исходных и дренажных контактных металлов в электронно-лучевой испарительной камере с точностью до минус 6 тор. Когда закончите, замочите краситель и ацетон на ночь, чтобы металл отошел.

Затем опустите изопропанол на 10 минут и обсушите азотом феном. Затем поместите краситель обратно в испарительную камеру и нанесите 500 нанометров электронно-лучевого испарения диоксида кремния на 10 на отрицательные 6 тор испарения, 50 нанометров хрома и 50 нанометров золота в качестве верхнего затворного электрода в электронно-лучевом испарителе. После нанесения рисунка фоторезист влажный, вытравливают испарившийся диоксид кремния с использованием буферного раствора плавиковой кислоты от одного до 20 в течение трех минут и 30 секунд.

Теперь приготовьте раствор шести миллимоляров PBSE в диметилформамиде, инкубируйте S-W-N-T-F-E-T-D в растворе молекулы линкера PBSE в течение одного часа при комнатной температуре. После этого готовят 20 миллиграмм на миллилитр раствора амина. Закрепите два биотина в деионизированной воде.

Инкубируйте краситель в этом растворе в течение 18 часов. Затем тщательно промойте краситель в деионизированной воде. Повторите полоскание от восьми до 10 раз, затем высушите феном.

Поместите новую кремниевую пластину в чашку Петри и залейте в чашку смесь DGAs PDMS до тех пор, пока смесь не окажется на высоте пяти миллиметров над пластиной. Далее поместите чашку Петри в духовку при температуре 70 градусов Цельсия на один час. Достаньте чашку Петри из духовки и дайте вафле остыть до комнатной температуры.

С помощью скальпеля вырежьте прямоугольный кусок PDMS и вытащите его с помощью пинцета. Затем поместите прямоугольный краситель вверх ногами и проделайте отверстие в плоской стороне с помощью трехмиллиметрового биопсийного пробежки. После помещения красителя под микроскоп осторожно поместите камеру PDMS поверх красителя, выровняв ее поверх активной области изготовленных устройств S-W-N-T-F-E-T.

Поместите силиконовую пластину с формой SU eight в чашку Петри и добавьте две-три капли трихлора. 3 3 3 трифторпропилового раствора. Поместите чашку Петри в вакуумную камеру на один час после извлечения чашки Петри из вакуума.

Вылейте смесь DGAs PDMS на пластину и нагрейте ее в духовке при температуре 70 градусов Цельсия в течение часа. Когда закончите, достаньте чашку Петри из духовки и дайте вафле остыть до комнатной температуры. После вырезания прямоугольного штампа PDMS положите его вверх ногами и проделайте отверстия на каждом конце проточного канала с помощью 0,75-миллиметрового пуансометра для биопсии.

После помещения красителя под микроскоп осторожно поместите проточную камеру PDMS поверх красителя, выровняв ее по активной области изготовленных устройств S-W-N-T-F-E-T. Затем вставьте полиэтиленовую трубку в каждое отверстие и подсоедините одну трубку к бочке шприца источника жидкости, а другую трубку к дренажному шприцу. Присоедините шприц к шприцевому насосу, чтобы поддерживать контролируемый поток жидкости по каналу.

Чтобы настроить частотный выход AM-модуляции, подключите исходящий сигнал обратной связи от синхронного усилителя к порту внешнего сигнала модуляции на генераторе частоты. Затем подключите РЧ-выход, модулированный AM, и постоянное напряжение к смещению T и подключите выход смещения T к контакту источника одностенных углеродных нанотрубок. Затем подключите контакт затвора к порту напряжения карты ЦАП для считывания переменного тока через нанотрубку.

Подсоедините дренажный контакт к усилителю блокировки. Подключите амплитудный и фазовый порты синхронного усилителя к входным портам ЦАП. Держите напряжение источника постоянного тока на нулевом вольте, а частоту сигнала А на частоте 200 килогерц.

Измерьте напряжение затвора и измерьте ток от стока. Заполните камеру жидкости деионизированной водой с помощью пипетки. Проведите электроизмерительные приборы переменного тока.

Повторите то же самое с одним миллимоляром хлорида натрия, 10 миллимолярами хлорида натрия и 100 миллимолярами хлорида натрия. И измерьте отклик устройства для каждого решения. После установки микрофлюидного канала на устройство подсоедините одну трубку к пустому шприцу, помещенному на шприцевой насос, а другую трубку подсоедините к цилиндру шприца и заполните его 100 миллимолярным раствором хлорида натрия.

Установите шприцевую помпу в режим вывода. В трубку набирается 100 миллимолярный раствор натрия хлорида. За током можно следить на компьютере.

Затем переключите раствор на один миллиграмм на миллилитр стрептавидина в 100 миллимолярном хлориде натрия и отслеживайте изменение тока для связывания стрептавидина биотина в режиме реального времени. Электрод состоит из хрома на 50 нанометров, а золота на 50 нанометров и толстого слоя хрома придает прочность подвесной конструкции. Подвешенная конструкция подтверждается отсутствием тока утечки между верхним затвором и водостоком.

Для характеристики успешности функционализации боковых стенок были рассмотрены изменения кривых переноса постоянного тока на полевых транзисторах в воздухе. После каждого этапа функционализации осуществлялся мониторинг. Кривая переноса для нетронутых нанотрубок FET смещается вправо после биотации и связывания стрептококка Адена.

Ниже приведен чувствительный сигнал смешанного тока, измеренный в зависимости от напряжения при ходьбе для типичного устройства в 100 миллимолярах хлорида натрия. На графике показаны кривые для постоянного тока, смешанного тока и теоретического смешанного тока. Данные показывают, что результаты тока смешивания хорошо согласуются с теоретической моделью.

Здесь представлены репрезентативные результаты статических измерений и измерений расхода в режиме реального времени. Кривые зависимости тока смешивания от напряжения при ходьбе представляют собой биотинилированные и связанные со стрептавидином одностенные углеродные нанотрубки в 100 миллимолярах хлорида натрия. Ток смешивания изменяется при связывании стрептавидина в эксперименте с потоком в реальном времени.

Изменение сигнала также измерялось до и после связывания стрептавидина в силиконовом и оксидированном контрольном устройстве в деионизированной воде на разных частотах, никаких изменений после связывания не наблюдается, что указывает на то, что механизм детектирования возникает из-за взаимодействия биомолекул SWNT на высоких частотах. Этот метод измерения может быть применен в целом к нанотрубкам, нанопроволоке или электронным биосенсорам на основе графена и может быть выполнен непосредственно в растворах с высоким ионным сопротивлением без необходимости трудоемких этапов, таких как обессоливание.