Summary
نقدم هنا، بروتوكولا لقياس الكهروكيميائية اللاحقة من الاصطدامات نانوحبيبات واحدة وتلفيق القطب نانوبوري لاسلكية مغلقة.
Abstract
قياس السمات الجوهرية من جسيمات نانوية واحدة من نانويليكتروكهيميستري يحمل أهمية أساسية عميقة والآثار المحتملة في الحفز. ومع ذلك، اليكتروتشيميكالي تحليل جسيمات نانوية واحد يمثل تحديا، كما لا يمكن السيطرة عليها نانوينتيرفيس الاستشعار عن. لمواجهة هذا التحدي، ونحن تصف هنا بتصنيع وتوصيف نانوبوري لاسلكية مغلقة القطب (ون) الذي يسلك مورفولوجية يمكن السيطرة عليها بدرجة عالية، وإمكانية تكرار نتائج بارزة. تلفيق ون سهلة تمكن إعداد nanoelectrodes المعالم في مختبر كيمياء عامة دون استخدام غرفة نظيفة ومعدات باهظة الثمن. تطبيق واحد 30 نانومتر ون مغلقة في تحليل لجسيمات نانوية ذهبية واحدة في الخليط يبرز أيضا، مما يدل على ارتفاع قرار الحالي للسلطة الفلسطينية 0.6 وعالية الدقة الزمنية للسيدة 0.01 المرافقين مورفولوجيا ممتازة والصغيرة ويمكن توسيع أقطار، المزيد من التطبيقات المحتملة لونيس مغلقة من توصيف نانوحبيبات جزيء واحد/أيون الكشف والتحقيق في خلية واحدة.
Introduction
جسيمات نانوية اجتذبت اهتماما هائلا بسبب ميزات متنوعة مثل قدرة الحفاز، والسمات البصرية الخاصة، اليكترواكتيفيتي، وارتفاع نسبة السطح إلى الحجم1،2،3، 4-التحليل الكهروكيميائية لجسيمات نانوية واحد أسلوب مباشر لفهم العمليات الكيميائية والكهروكيميائيه الجوهرية على مستوى النانو. لتحقيق قياسات حساسة للغاية من جسيمات نانوية واحد، طبقت نهجين الكهروكيميائية مسبقاً لقراءة معلومات نانوحبيبات من الردود الحالية5،،من67. واحد هذه النهج ينطوي على شل حركة أو الاستيلاء نانوحبيبات فردية على الواجهة نانويليكترودي لدراسة اليكتروكاتاليسيس8،9. الاستراتيجية الأخرى التي تحركها نانوحبيبات واحد بعد اصطدامها بالسطح القطب، الذي يولد تقلبات الحالية عابرة من عملية الأكسدة الحيوية.
كل من هذه الأساليب تتطلب النانو واجهة الاستشعار عن أولتراسينسيتيفي الذي يطابق القطر من جسيمات نانوية واحد. ومع ذلك، بدمج التصنيع التقليدية من nanoelectrodes أساسا النظم الكهروميكانيكية الصغرى (MEMS) أو الليزر سحب التقنيات، والتي تكون مملة وأونديسسيبلينابل10،،من1112، 13. على سبيل المثال، تستند إلى ممس تلفيق nanoelectrodes مكلفة وتتطلب استخدام غرفة نظيفة، تقييد إنتاج ضخمة وتعميم nanoelectrodes. من ناحية أخرى، الليزر سحب تلفيق nanoelectrodes تعتمد اعتماداً كبيرا على خبرة المشغلين أثناء إغلاق وسحب سلك معدني داخل شعري. إذا لم يكن الأسلاك المعدنية مختومة جيدا في شعري، الفجوة بين الجدار الداخلي نانوبيبيتي والأسلاك يمكن جذريا إدخال الضوضاء الخلفية الزائدة الحالية وتكبير اليكترواكتيفي الاستشعار عن المنطقة. هذه العيوب إلى حد كبير انخفاض حساسية نانوليكترودي. من ناحية أخرى، وجود فجوة يمكن توسيع المجال الكهربائي والحد من حساسية نانوليكترودي. نتيجة لذلك، من الصعب ضمان أداء استنساخه بسبب مورفولوجيس الكهربائي لا يمكن السيطرة عليها في كل عملية تصنيع14،15. ولذلك، أسلوب تصنيع عامة nanoelectrodes مع إمكانية تكرار نتائج ممتازة هي حاجة ماسة لتسهيل استكشاف الكهروكيميائية من السمات الجوهرية لجسيمات نانوية واحد.
وقد وضعت مؤخرا، تقنية نانوبوري كنهج الأنيق وخالية من التسمية لجزيء واحد تحليل16،17،،من1819،20. سبب تلفيق يمكن التحكم به، يوفر نانوبيبيتي حبس النانو، يبلغ قطرها موحدة تتراوح بين 30-200 نانومتر قبل ليزر ساحبة شعرية21،،من2223،24 . وعلاوة على ذلك، يضمن هذا الإجراء تلفيق بسيطة واستنساخه بالتعميم نانوبيبيتي. في الآونة الأخيرة، اقترحنا نانوبوري لاسلكية قطب (ون)، التي لا تتطلب ختم سلك معدني داخل نانوبيبيتي. من خلال عملية تصنيع السطحية واستنساخه، يملك ون ترسب معادن النانو داخل نانوبيبيتي تشكل اليكترواكتيفي واجهة25،،من2627،28 . نظراً ون تمتلك بنية محددة تحديداً جيدا ومورفولوجية موحدة في ولادات، فإنه يحقق عالية الدقة الحالية، فضلا عن انخفاض المقاومة-السعة (اتفاقية روتردام) وقت ثابت لأداء عالية الدقة الزمنية. ونحن سابقا ذكرت نوعين من ونيس، نوع مفتوحة ومغلقة، لتحقيق تحليل كيان واحد. ويعمل ون مفتوحة من نوع طبقة نانوميتال أودعت في الجدار الداخلي نانوبيبيتي، الذي يحول الحالية فراديك من كيان واحد ل الاستجابة الحالية الأيونية26. عادة، هو قطر ون مفتوحة من نوع حوالي 100 نانومتر. كذلك ينخفض قطر ون، قدمنا ون مغلقة، التي تحتل نانوتيب معدنية صلبة تماما نصيحة نانوبيبيتي من خلال اتباع نهج كيميائية الكهروكيميائية. يمكن إنشاء هذا الأسلوب سرعة نانوتيب 30 نانومتر الذهب داخل حبس نانوبوري. واجهة واضحة المعالم في مجال تلميح ون مغلقة يضمن نسبة الإشارة إلى الضوضاء عالية للقياسات الكهروكيميائية لجسيمات نانوية واحد. كما يصطدم نانوحبيبات الذهب التهمة الموجهة إليه مع ون مغلقة، يدفع عملية شحن-أداء فائق السرعة في الواجهة تلميح استجابة التغذية مرتدة بالسعة (CFR) في تتبع الأيونية الحالية. مقارنة سابقة نانوحبيبات واحد اصطدام دراسة عبر الأسلاك نانوليكترودي مع المعدن داخل29، أظهر ون مغلقة القرار الحالي أعلى من 0.6 ± 0.1 السلطة الفلسطينية السلطة الفلسطينية (RMS) وأعلى الأزمنة 0.01 مللي ثانية.
هنا، نحن تصف إجراء تصنيع مفصلة ون مغلقة بدرجة عالية تسيطر على الأبعاد وإمكانية تكرار نتائج بارزة. في هذا البروتوكول، ورد فعل بسيط بين البوسنة والهرسك4وأوكل4– – يهدف إلى توليد نانوتيب الذهب الذي يمنع تماما الفوهة من نانوبيبيتي. ثم اعتمد كهربية بين القطبين للنمو المتواصل نانوتيب الذهبية التي يبلغ طول ميكرومتر عدة داخل نانوبيبيتي. يتيح هذا الإجراء البسيط تنفيذ هذا تلفيق نانوليكترودي، التي يمكن أن تنفذ في أي مختبر الكيمياء العامة دون غرفة نظيفة ومعدات باهظة الثمن. لتحديد حجم ومورفولوجيا، والبنية الداخلية ون مغلقة، يوفر هذا البروتوكول إجراء توصيف مفصل باستخدام المسح الضوئي المجهر الإلكتروني (SEM) والتحليل الطيفي الأسفار. وأبرز الأمثلة الحديثة، هو الذي يقيس مباشرة التفاعلات الجوهرية والحيوية من اصطدام جسيمات نانوية الذهب (أونبس) نحو نانوينتيرفيس من ون مغلقة. ونحن نعتقد أن ون مغلقة قد يمهد طريقا جديداً للمستقبل الدراسات الكهروكيميائية للخلايا الحية، والمواد النانوية، وأجهزة الاستشعار في مستويات كيان واحد.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1-إعداد الحلول
ملاحظة: انتبه إلى احتياطات السلامة العامة لجميع المواد الكيميائية. التخلص من المواد الكيميائية في غطاء دخان، وارتداء القفازات، ونظارات واقية، ومعطف مختبر. الاحتفاظ بالسوائل القابلة للاشتعال بعيداً عن النار أو الشرر. أعدت جميع المحاليل باستخدام الماء عالي النقاوة (18.2 سم MΩ عند 25 درجة مئوية). كانت تصفية الحلول المعدة باستخدام عامل تصفية حجم مسام 0.22 ميكرومتر.
-
إعداد حل بوكل
- حل 0.074 غ كلوريد البوتاسيوم في 100 مل مياه.
-
إعداد نأبه4 الحل
- حل ز 0.018 من بورهيدريد الصوديوم في 10 مل إيثانول.
-
إعداد الحل4 حوكل
- حل ز 0.010 من كلوريد البوتاسيوم في 1 مل محلول حمض تشلورووريك 1%.
-
إعداد سيليكون المطاط
- مزيج سيليكون المطاط الذي يتضمن الجزء ألف والجزء باء (انظر الجدول للمواد) بنسبة 1:1 بالحجم.
- استخدام المطاط سيليكون مختلطة لطلاء منطقة رد فعل على الشريحة مباشرة أثناء وقت وعاء 1 دقيقة.
- علاج المطاط سيليكون مستعدة على الشريحة لمدة 5 دقائق.
-
إعداد جسيمات نانوية الذهب30
- إضافة 4.8 مل حمض تشلورووريك مع شامل جزء من 1% إلى 40 مل مياه مع إثارة قوية.
- الحرارة الحل الذي يغلي.
- إضافة 10 مل حل سترات صوديوم مع شامل جزء من 1% إلى الحل بسرعة.
- الحرارة هي الحل ل 15 دقيقة إضافية حتى الحل النهائي في لون أحمر.
ملاحظة: في حالتنا، الحل حمض تشلورووريك بسرعة مقدار سترات الصوديوم، ولوحظ أن الحل تغيير سرعة من الأصفر واضحة إلى أسود داكن.
2-إعداد برنامج الإعداد التجريبية
-
إعداد نظام القياس الحالي
- قم بتشغيل نظام القياس الحالي يحتوي على مكبر للصوت الحالي (انظر الجدول للمواد) ونظام حيازة البيانات منخفضة الضوضاء (انظر الجدول للمواد)
- التبديل من وضع المشبك الجهد.
- تعيين عامل تصفية عرض النطاق الترددي بمعدل 10 كيلوهرتز وأخذ العينات إلى 100 كيلو هرتز.
- تجميع ذاتي مصممة محددة محلية صنع قفص نحاس درع الضوضاء الخارجية للخلايا التجريبية وما قبل مكبر للصوت في المجهر المقلوب (انظر الجدول للمواد).
- الأرض قذيفة قفص فاراداي، قذائف مكبر للصوت، ونظام المجهر المقلوب.
-
إعداد نظام كشف الظلام-الميدان
- ويرصد جيل نانوتيب الذهب داخل نانوبيبيتي المجهر الحقل – الظلام.
ملاحظة: (انظر الجدول للمواد) يستخدم نظام مجهر مقلوب أخذ الصور والأطياف المبعثر. كاميرا CCD لون حقيقي رقمية تستخدم لالتقاط صور القطب نانوبيبيتي ونانوبوري. مكثف الظلام--حقل [الفتحة العددية (NA) = 0.8-0.95)] يستخدم لتشكيل إضاءة الظلام--حقل. 10 X (NA = 0.3)، 20 X (NA = 0.45)، و 40 س (NA = 0.6) الأهداف المستخدمة في تجميع صور ون مغلقة. كشف fluorescence يستخدم كذلك التحقق من ما إذا كانت هناك فجوات بين نانوتيب والجدار الداخلي نانوبيبيتي. يتم إجراء هذه التجربة بواسطة آخر أيضا (انظر الجدول للمواد) المتكاملة امككد في المجهر المقلوب، وضوء الإثارة مصباح الزئبق مضمنة مع مرشح تمرير نطاق من 450-490 نانومتر.
- ويرصد جيل نانوتيب الذهب داخل نانوبيبيتي المجهر الحقل – الظلام.
3-تلفيق ون مغلقة
-
تصنيع نانوبيبيتيس
- وضع الكوارتز الشعيرات الدموية (انظر الجدول للمواد) في أنبوب الطرد مركزي 15 مل مليئة بالأسيتون لمدة 10 دقائق للتنظيف بالموجات فوق الصوتية.
- من أجل إيقاف الأسيتون، ثم إضافة الإيثانول في أنبوب الطرد المركزي نفسه.
- وضع أنبوب الطرد المركزي منظف بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 دقائق للتنظيف.
- وضع الشعيرات الدموية في أنبوب الطرد المركزي 15 مل آخر مع المياه لإزالة الإيثانول، مع 10 دقيقة من التنظيف بالموجات فوق الصوتية.
- الموجات فوق الصوتية باستمرار تنظيف الشعيرات الدموية ثلاث مرات مع منزوع الماء لإزالة الإيثانول المتبقية.
- الجاف الشعيرات الدموية باستخدام تيار غاز نيتروجين.
- تبقى الشعيرات الدموية في أنبوب الطرد مركزي الجديدة والنظيفة.
- قم بتشغيل ساحبة ليزر2 CO (انظر الجدول للمواد)
- يسخن ساحبة لمدة 15-20 دقيقة لضمان قوة ليزر ثابت.
- تثبيت الشعرية تنظيفها ساحبة.
- تعيين معلمات سحب الحرارة وخيوط، والسرعة، وتأخير وسحب القوة على اللوحة ساحبة ليزر2 CO لقطر معين. ويرد في الجدول 1 (الشكل 1) المعلمة مفصلة لسحب نانوبيبيتي قطرها 30 في شمال البحر الأبيض المتوسط في هذا البروتوكول.
- إصلاح نانوبيبيتي المعدة على طبق بيتري بمادة لاصقة قابلة لإعادة الاستخدام (انظر الجدول للمواد) لتحديد المزيد من خصائص.
-
تصنيع ون مغلقة
- حقن 10 ميكروليتر من الحل4 هاوكل استعداد نانوبيبيتي مع ميكرولوادير.
- الطرد المركزي نانوبيبيتي لمدة 5 دقائق في حوالي 1878 x ز لإزالة فقاعات الهواء في نانوبيبيتي.
ملاحظة: لهذه الخطوة، ركزنا نانوبيبيتي مع تلميح أسفل إلى حامل محلية صنع داخل أنبوب الطرد مركزي 2 مل. - إصلاح في نانوبيبيتي على ساترة مع المطاط سيليكون استعداد (راجع الخطوة 1، 4) وتعريف منطقة داخل نانوبيبيتي وصفها الجانب "رابطة الدول المستقلة" وخارجها كالجانب "ترانس".
- انتظر 5 دقائق حتى يشفي المطاط.
- وضعت فرقة متكاملة في الجدول الهدف من المجهر المقلوب.
- تشغيل وضبط الإضاءة الظلام-مجال التركيز نصيحة نانوبيبيتي تحت مجهر X 10 هدف.
- تغيير إلى 20 X و 40 X أهداف أعلى قرار مكانية.
- القطب Ag/AgCl مكان واحد داخل نانوبيبيتي.
- ضع مسرى Ag/AgCl على أسس أخرى إلى جانب العابرة .
- قم بتوصيل زوج من أقطاب Ag/AgCl إلى ما قبل مكبر للصوت.
- قم بتشغيل نظام القياس الحالي وبرنامج المقابلة (انظر الجدول للمواد) للتسجيل الحالي الأيونية.
- تعيين إمكانية تطبيقها إلى 300 أم.
- إضافة ميكروليتر 150 نأبه4 الحل ببطء إلى جانب العابرة لإحداث رد فعل بين هاوكل4 ونابه4 (الشكل 2).
ملاحظة: الحد من نأبه4 في محلول مائي يحدث بمعدل رد فعل عنيف. ولذلك، قد حمل جيل ح2 الحد من نأبه4 بنية معيبة نانوتيب الجيل من تجاويف أثناء نمو نانوتيب الذهب. - في نفس الوقت، كهربائياً وبصريا سجل التتبع الحالية والظلام-الميدان الصورة/نثر الأطياف باستخدام القياس والظلام-مجال الكشف عن النظم الحالية (الشكل 3).
ملاحظة: الحل الإيثانول بالتقلب تحت إنارة الظلام-الحقل. إيلاء الاهتمام لحجم الإيثانول أثناء عملية التصنيع. - إيقاف تشغيل إمكانية تطبيقها بعد تتبع الحالية الأيونية العودة إلى 0 السلطة الفلسطينية.
- أغسل الذي أعد منزوع ون مغلقة مع تدفق المياه من القاع إلى الحافة.
-
وصف ون مغلقة
- وصف ون مغلقة مع المسح الإلكتروني المجهري (SEM)، وطريقة عامة لتوصيف من نانوبيبيتيس22،31،،من3233،34 .
- استخدام تجربة فلورسنت أيون كالسيوم للتحقق من حالة الختم نانوتيب الذهب داخل نانوبيبيتي.
- حقن 10 ميكروليتر كاكل2 الحل إلى جانب حل ون وفلوو-8 مغلقة إلى جانب عبر رابطة الدول المستقلة .
- قم بتوصيل أقطاب Ag/AgCl هيادستاجي.
- 400 أم تحيز محتمل تطبيقها واستخدامها في امككد (انظر الجدول للمواد) لرصد استجابة fluorescence في منطقة الحافة. استخدام تركيز أيونات شعاع (التعزيز) لنحت ون مغلقة من التلميح للأسفل، ثم تحديد طول الداخلية طبقة معدنية أو نانوتيب مع توصيف وزارة شؤون المرأة.
-
الاصطدام نانوحبيبات واحد مع ون مغلقة
- تغيير الحل في الجانبين عبر و رابطة الدول المستقلة إلى حل بوكل بعد تلفيق ون مغلقة.
- نقل 50 ميكروليتر من 30 حل نانوحبيبات الذهب في شمال البحر الأبيض المتوسط إلى جانب العابرة . تسجيل الإشارات الحالية نانوحبيبات واحد تصادم الأحداث في احتمال 300 أم (الشكل 5).
- تغيير الجهد المطبق رصد التردد والسعة، وتغيير شكل الإشارة الحالية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
علينا أن نظهر نهجاً السطحية لاختلاق قطب نانوبوري لاسلكية نانومتر المعالم 30 استناداً كوارتز نانوبيبيتي مخروطية. تصنيع نانوبيبيتي يتجلى في الشكل 1، والذي يتضمن ثلاث خطوات رئيسية. هو ثابت ميكروكابيلاري قطر داخلي من 0.5 مم والقطر الخارجي من 1.0 مم في ساحبة، ثم تركز ليزر على مركز شعري لإذابة الكوارتز. بتطبيق قوي للمحطات الطرفية شعري، أخيرا يفصل وأشكال جزأين مع نصائح المخروطية النانو. معلمات سحب ترد في الجدول 1 لاختلاق 30 نانومتر نانوبيبيتيس في المختبر لدينا. تجدر الإشارة إلى أنه يمكن أن تختلف المعلمات من جر الليزر المختلفة. وينبغي ضبط المجربون المعلمات وفقا لطاقة الليزر ودرجة الحرارة، والرطوبة. بعد تلفيق، مطلوب توصيف وزارة شؤون المرأة للتحقق من القطر الحقيقي نانوبيبيتي.
ويبين الشكل 2 الإجراء لتوليد نانوتيب الذهب داخل الحافة نانوبيبيتي بعد عملية سحب. أولاً، هو استمرار خفض أوكل4– داخل نانوبيبيتي البوسنة والهرسك4– لتوليد نانوتيب الذهب حتى افتتاح نانوبيبيتيس محظور تماما. ثم كهربية القطبين يشجع على نمو المزيد من نانوتيب الذهب. استخدمنا نظام توصيف في الموقع لمراقبة عملية تصنيع ون مغلقة بالتسجيل المتزامن من الصور استجابة والظلام--الميدانية الحالية (الشكل 3). أما بالنسبة لتوصيف وزارة شؤون المرأة، ويبين الشكل 4 صور عرض أعلى SEM نانوبيبيتي العارية وون مغلقة. وبعد تقسيم التعزيز، يوفر صورة SEM عرض جانب مورفولوجية نانوتيب الذهب داخل ون مغلقة. في تجارب الاصطدام نانوحبيبات واحد، تتم إضافة جسيمات نانوية الذهب إلى جانب العابرة ون. أداء الضوضاء غير المسددة من هذا المجلس الانتخابي الوطني يكشف إشارات خفية مع تردد إشارة عالية (الشكل 5).
رقم 1: تلفيق نانوبيبيتيس. الإجراءات المتعلقة بالتصنيع على النحو التالي: الخطوة 1) تثبيت ميكروكابيلاري ساحبة ليزر؛ الخطوة 2) حرارة الوسط شعري بليزر2 CO وتطبيق القوة في نهايات شعري أن تسحبه؛ والخطوة 3) الشعرية التناقص التدريجي لأسفل ويفصل إلى اثنين نانوبيبيتيس متماثل في عدة ثوان. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 2: تلفيق ون مغلقة. يتم إضافة الخطوة 1) هاوكل4 ونابه4 الحلول إلى رابطة الدول المستقلة ، و عبر جانبي نانوبيبيتي، على التوالي. يتم تقليل عاقل4– بالبوسنة والهرسك4– لتوليد الذهب في الفوهة نانوبيبيتي. الخطوة 2) بعد الفوهة محظور بواسطة الذهب الذي تم إنشاؤه، يحدث رد فعل الكهروكيميائية القطبين مع إمكانية تطبيقها لتحقيق المزيد من النمو من نانوتيب الذهب. أخيرا مختلق ون مغلقة بالخطوة 3) ميكرومتر-طول نانوتيب الذهب. لقد تم تعديل هذا الرقم مع إذن من العمل السابق25. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3: رصد الكهربائية المتزامنة ونثر التسجيل أثناء تصنيع ون مغلقة. (أ) بعد إضافة نأبه4 في جانب العابرة نانوبيبيتي، يسقط الحالي فورا من 0 السلطة الفلسطينية. ثم، تجارب التتبع الحالية مرحلة انتقالية سريعة نظراً لأن جيل الذهب. وبعد ~ 150 s، الحالي يعود إلى السلطة الفلسطينية 0، مما يدل على انسداد كامل نانوبيبيتي. (ب) الظلام--حقل الصور أثناء تصنيع ون في المقابلة تيميبوينتس 0 ق، 10 ق، 100 s، و 150 s. لقد تم تعديل هذا الرقم مع إذن من العمل السابق25. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4: الأوصاف وزارة شؤون المرأة نانوبيبيتي وون مغلقة. (أ) الصورة SEM عرض أعلى من نانوبيبيتي سحبت يبلغ قطرها 30 نانومتر. (ب) عرض أعلى SEM صورة ون مغلقة يبلغ قطرها 30 نانومتر. (ج) صورة عرض SEM الجانب ون مغلقة بعد تقسيم التعزيز من التلميح إلى الجزء الخلفي من نانوبيبيتي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 5: واحد نانوحبيبات الكشف عن التصادم مع ون مغلقة. (أ) 30 نانومتر الذهب جسيمات نانوية يتم إضافتها إلى الحل عبر الجانب. زوج من أقطاب Ag/AgCl يعملون لتطبيق احتمال تحيز من 300 أم. إدراج: إشارة سبايك نموذجية من تصادم نانوحبيبات الذهب 30 نانومتر. (ب) الحالية تتبع دون جسيمات نانوية وبعد إضافة 30 نانومتر الذهب nanoparticles في الجانب عبر ون مغلقة. لقد تم تعديل هذا الرقم مع إذن من العمل السابق25. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
تلفيق نانوبيبيتي المعالم هو الخطوة الأولى في عملية تصنيع ون مغلقة. بتركيز ليزر2 CO في وسط شعري، يفصل شعري واحد إلى اثنين نانوبيبيتيس متناظرة مع نصائح المخروطية النانو. يتم التحكم بسهولة القطر، تتراوح ما بين 30-200 نانومتر، عن طريق تعديل معلمات ساحبة ليزر. تجدر الإشارة إلى أنه يمكن أن تختلف المعلمات لسحب لجر ماصة مختلفة. البيئية درجة الحرارة والرطوبة يمكن أن تؤثر أيضا على القطر نهائياً من نانوبيبيتي.
بعد تلفيق نانوبيبيتي، يولد تفاعل كيميائي نانوتيب الصلبة داخل نانوبيبيتي. في هذا البروتوكول، يتكون من نانوتيب الذهب بالحد من هاوكل4؛ يمكن ملفقة نانوتيبس معدنية أخرى خلال تصميم ردود الفعل المقابلة. بعد انسداد كامل من طرف نانوبيبيتي، يعزز الاستقطاب الكهروكيميائية في نانوتيب الذهب الذي تم إنشاؤه في تحقيق المزيد من النمو وفقا كهربية بين القطبين. ثم يتكون نظام توصيف الكهربائية-بصرية في الموقع لتحقيق التسجيلات المتزامنة لآثار الحالية والمعلومات البصرية أثناء عملية النمو من نانوتيب الذهب.
لتحديد خصائص، يساعد أيون الكالسيوم الفلورية الكشف عن التحقق من ما إذا كان يتم إنشاء الفجوة بين الجدار الداخلي الماصة ونانوتيب الذهب. ون مغلقة محددة تحديداً جيدا، ينبغي أن تكون منطقة تلميح الظلام دائماً في الصورة الفلورية. أيضا، يمكن استخدام SEM لوصف كل من نانوبيبيتي وون مغلقة. يجوز استخدام التعزيز لنحت على طول جدار ون مغلقة لكشف المعادن الداخلية لتصوير SEM اللاحقة. ولذلك، يمكن تحديد طول وداخل هيكل وثيقة من نوع ون. وبعد توصيفه، قادر ون مغلقة معدّة أعدادا جيدا استخدامها في تطبيقات أخرى.
هذا البروتوكول ون مغلقة يمهد طريقا جديداً للقياسات الكهروكيميائية لجسيمات نانوية واحدة مع إمكانية تكرار نتائج عالية. ومع ذلك، لا تزال هناك بعض التحديات والقيود في عملية التصنيع هذه. القيد الأول يشمل قطر طرف نانوبيبيتي. من الناحية النظرية، عندما ينخفض القطر تلميح إلى حجم جزيء واحد، القرار الحالي يمكن أن هائلة تعزز. بيد أنه يمثل تحديا للانسحاب من نانوبيبيتي التي يبلغ قطرها أقل من 30 نانومتر مع استراتيجية سحب القائمة.
ويمكن توسيع إمكانيات هذا البروتوكول ون مغلقة للتطبيقات العملية في نانوسينسينج. من خلال دمج nanoelectrodes التقليدية مع مجهر مسح الكهروكيميائية، ون مغلقة يمكن أن تكشف عن دينامية التعيين الكهروكيميائية لبعض الخاصة 2-د/3-د المواد النانوية. وعلاوة على ذلك، يمكن استخدام بعثرة الرنين plasmonic نانوتيب الذهب في نفس الوقت الكشف عن عملية نقل الإلكترون بقراءات الكهربائية والبصرية تسجيل. بحكم خصائصه الهندسية، يناسب ون مغلقة مع نانوتيب مخروطية للتحليل الخلوي مع الأضرار الميكانيكية منخفضة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب يعلن لا تضارب المصالح.
Acknowledgments
هذا البحث كان تدعمها مؤسسة العلوم الطبيعية الوطنية الصينية (61871183,21834001)، والابتكار البرنامج من شانغهاي البلدية التعليم اللجنة (2017-01-07-00-02-E00023)، ومشروع "تشن قوانغ" من "التعليم بلدية شانغهاي" اللجنة ومؤسسة شانغهاي لتنمية التعليم (17CG 27).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acetone | Sigma-Aldrich | 650501 | Highly flammable and volatile |
| Analytical balance | Mettler Toledo | ME104E | |
| Axopatch 200B amplifier | Molecular Devices | ||
| Blu-Tack reusable adhesive | Bostik | ||
| Centrifuge tube | Corning Inc. | Centrifuge Tubes with CentriStar Cap, 15 ml | |
| Chloroauric acid | Energy Chemical | E0601760010 | HAuCl4 |
| Clampfit 10.4 software | Molecular Devices | ||
| Digidata 1550A digitizer | Molecular Devices | ||
| DS Fi1c true-color CCD camera | Nikon | ||
| Ecoflex 5 Addtion cure silicone rubber | Smooth-On | 17050377 | |
| Eppendorf Reference 2 pipettes | Eppendorf | 492000904 | 10, 100 and 1000 µL |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | 24102 | Highly flammable and volatile |
| Faraday cage | Copper | ||
| iXon 888 EMCCD | Andor | ||
| Microcentrifuge tubes | Axygen Scientific | 0.6, 1.5 and 2.0 mL | |
| Microloader | Eppendorf | 5242 956.003 | 20 µL |
| Microscope Cover Glass | Fisher Scientific | LOT 16938 | 20 mm*60 mm-1 mm thick |
| Milli-Q water purifier | Millipore | SIMS00000 | Denton Electron Beam Evaporator |
| P-2000 laser puller | Sutter Instrument | ||
| Pipette tips | Axygen Scientific | 10, 200 and 1,000 µL | |
| Potassium chloride,+D25+A2:F2+A2:F25 | Sigma Aldrich | P9333-500G | KCl |
| Quartz pipettes | Sutter | QF100-50-7.5 | O.D.:1.0 mm, I.D.:0.5 mm, 75 mm length |
| Refrigerator | Siemens | ||
| Silicone thinner | Smooth-On | 1506330 | |
| Silver wire | Alfa Aesar | 11466 | |
| Sodium borohydride, | Tianlian Chem. Tech. | 71320 | NaBH4 |
| Ti-U inverted dark-field microscope | Nikon |
References
- Vajda, S., et al. Subnanometre platinum clusters as highly active and selective catalysts for the oxidative dehydrogenation of propane. Nature Materials. 8 (3), 213-216 (2009).
- Liu, G. L., Long, Y. T., Choi, Y., Kang, T., Lee, L. P. Quantized plasmon quenching dips nanospectroscopy via plasmon resonance energy transfer. Nature Methods. 4 (12), 1015-1017 (2007).
- Hu, J. S., et al. Mass production and high photocatalytic activity of ZnS nanoporous nanoparticles. Angewandte Chemie International Edtion. 44 (8), 1269-1273 (2005).
- Martinez, B., Obradors, X., Balcells, L., Rouanet, A., Monty, C. Low temperature surface spin-glass transition in γ-Fe 2 O 3 nanoparticles. Physical Review Letters. 80 (1), 181 (1998).
- Fang, Y., et al. Plasmonic Imaging of Electrochemical Reactions of Single Nanoparticles. Accounts of Chemical Research. 49 (11), 2614-2624 (2016).
- Mirkin, M. V., Sun, T., Yu, Y., Zhou, M. Electrochemistry at One Nanoparticle. Accounts of Chemical Research. 49 (10), 2328-2335 (2016).
- Murray, R. W. Nanoelectrochemistry: metal nanoparticles, nanoelectrodes, and nanopores. Chemical Reviews. 108 (7), 2688-2720 (2008).
- Anderson, T. J., Zhang, B. Single-Nanoparticle Electrochemistry through Immobilization and Collision. Accounts of Chemical Research. 49 (11), 2625-2631 (2016).
- Fu, K., Bohn, P. W. Nanopore Electrochemistry: A Nexus for Molecular Control of Electron Transfer Reactions. ACS Central Science. 4 (1), 20-29 (2018).
- Zaino, L. P., Ma, C., Bohn, P. W. Nanopore-enabled electrode arrays and ensembles. Microchimica Acta. 183 (3), 1019-1032 (2016).
- Katemann, B. B., Schuhmann, W. Fabrication and Characterization of Needle-Type. Electroanalysis. 14 (1), 22-28 (2002).
- Penner, R. M., Heben, M. J., Longin, T. L., Lewis, N. S. Fabrication and use of nanometer-sized electrodes in electrochemistry. Science. 250 (4984), 1118-1121 (1990).
- Watkins, J. J., et al. Zeptomole voltammetric detection and electron-transfer rate measurements using platinum electrodes of nanometer dimensions. Analytical Chemistry. 75 (16), 3962-3971 (2003).
- Liu, Y., Li, M., Zhang, F., Zhu, A., Shi, G. Development of Au Disk Nanoelectrode Down to 3 nm in Radius for Detection of Dopamine Release from a Single Cell. Analytical Chemistry. 87 (11), 5531-5538 (2015).
- Li, Y., Bergman, D., Zhang, B. Preparation and electrochemical response of 1-3 nm Pt disk electrodes. Analytical Chemistry. 81 (13), 5496-5502 (2009).
- Kasianowicz, J. J., Brandin, E., Branton, D., Deamer, D. W. Characterization of individual polynucleotide molecules using a membrane channel. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93 (24), 13770-13773 (1996).
- Cao, C., et al. Discrimination of oligonucleotides of different lengths with a wild-type aerolysin nanopore. Nature Nanotechnology. 11 (8), 713-718 (2016).
- Cao, C., Long, Y. -T. Biological Nanopores: Confined Spaces for Electrochemical Single-Molecule Analysis. Accounts of Chemical Research. 51 (2), 331-341 (2018).
- Sha, J. J., Si, W., Xu, W., Zou, Y. R., Chen, Y. F. Glass capillary nanopore for single molecule detection. Science China-Technological Sciences. 58 (5), 803-812 (2015).
- Ying, Y. L., Zhang, J., Gao, R., Long, Y. T. Nanopore-based sequencing and detection of nucleic acids. Angewandte Chemie International Edition. 52 (50), 13154-13161 (2013).
- Lan, W. J., Holden, D. A., Zhang, B., White, H. S. Nanoparticle transport in conical-shaped nanopores. Analytical Chemistry. 83 (10), 3840-3847 (2011).
- Karhanek, M., Kemp, J. T., Pourmand, N., Davis, R. W., Webb, C. D. Single DNA molecule detection using nanopipettes and nanoparticles. Nano Letters. 5 (2), 403-407 (2005).
- Morris, C. A., Friedman, A. K., Baker, L. A. Applications of nanopipettes in the analytical sciences. Analyst. 135 (9), 2190-2202 (2010).
- Yu, R. -J., Ying, Y. -L., Gao, R., Long, Y. -T. Confined Nanopipette Sensing: From Single Molecules, Single Nanoparticles to Single Cells. Angewandte Chemie Interntaional Edition. , (2018).
- Gao, R., et al. A 30 nm Nanopore Electrode: Facile Fabrication and Direct Insights into the Intrinsic Feature of Single Nanoparticle Collisions. Angewandte Chemie Interntaional Edition. 57 (4), 1011-1015 (2018).
- Ying, Y. L., et al. Asymmetric Nanopore Electrode-Based Amplification for Electron Transfer Imaging in Live Cells. Journal of the American Chemical Society. 140 (16), 5385-5392 (2018).
- Gao, R., Ying, Y. L., Hu, Y. X., Li, Y. J., Long, Y. T. Wireless Bipolar Nanopore Electrode for Single Small Molecule Detection. Analytical Chemistry. 89 (14), 7382-7387 (2017).
- Gao, R., et al. Dynamic Self-Assembly of Homogenous Microcyclic Structures Controlled by a Silver-Coated Nanopore. Small. 13 (25), 1700234-n/a (2017).
- Kim, B. K., Kim, J., Bard, A. J. Electrochemistry of a single attoliter emulsion droplet in collisions. Journal of the American Chemical Society. 137 (6), 2343-2349 (2015).
- Lee, P. C., Meisel, D. Adsorption and surface-enhanced Raman of dyes on silver and gold sols. Journal of Physical Chemistry. 86 (17), 3391-3395 (1982).
- Steinbock, L. J., Otto, O., Chimerel, C., Gornall, J., Keyser, U. F. Detecting DNA folding with nanocapillaries. Nano Letters. 10 (7), 2493-2497 (2010).
- Gong, X., et al. Label-free in-flow detection of single DNA molecules using glass nanopipettes. Analytical Chemistry. 86 (1), 835-841 (2013).
- Cadinu, P., et al. Double Barrel Nanopores as a New Tool for Controlling Single-Molecule Transport. Nano Letters. 18 (4), 2738-2745 (2018).
- Bell, N. A., Keyser, U. F. Digitally encoded DNA nanostructures for multiplexed, single-molecule protein sensing with nanopores. Nature Nanotechnology. 11 (7), 645-651 (2016).
