Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Yüksek İyonik Güç Çözümleri Algılama için karbon Nanotube Yüksek Frekans nanoelektronik Biyosensör Fabrikasyon

17.8K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/50438

⸱

22 Temmuz 2013

 , 
1Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Michigan - Ann Arbor

Bu makalede

Özet

Biz cihaz imalat ve karbon nanotüp tabanlı yüksek frekans biyosensörler için ölçü protokol açıklar. Yüksek frekans algılama tekniği temel iyonik (Debye) tarama etkisi azaltır ve geleneksel elektronik biyosensörler başarısız yüksek iyonik gücü çözümleri ameliyat olmak için nanotüp biyosensör sağlar. Teknolojimiz noktası bakım (POC) fizyolojik gerekli koşulların faaliyet gösteren elektronik biyosensör için benzersiz bir platform sağlar.

Özet

Eşsiz elektronik özellikleri ve tek duvarlı karbon nanotüpler (SWNT) ve yarı iletken nanotellerin yüksek yüzey-hacim oranları (KB) 1-4 bunları yüksek hassasiyet biyosensör için iyi bir aday olun. Dolu bir molekül, bir sensör yüzeyine bağlandığı zaman, kendi DC iletkenlikteki değişikliği ile sonuçlanan, sensör taşıyıcı yoğunluğu 5 değiştirir. Bununla birlikte, iyonik bir solüsyon içinde bir yüklü yüzey, aynı zamanda, bir elektriksel çift katman (EDS) oluşturan çözelti, bir karşı-iyonları çeker. Bu EDL etkili şarj kapalı perdeler, ve fizyolojik ilgili koşullarda ~ 100 milimolar (mM), karakteristik şarj tarama uzunluğu (Debye uzunluğu) bir nanometre (nm) daha azdır. Bu nedenle, yüksek iyonik güç çözümleri, şarj tabanlı (DC) algılama temelde 6-8 engellemektedir.

Biz karbon nanot çalıştırarak, yüksek frekansta moleküler dipol yerine ücretleri tespit ederek şarj tarama etkilerini aşmakyüksek frekans karıştırıcılar 9-11 olarak ube alan etkili transistörler. Yüksek frekanslarda, AC sürücü güç artık çözüm sürükle üstesinden gelebilir ve çözüm iyonları EDL oluşturmak için yeterli zamanımız yok. Ayrıca, frekans karıştırma tekniği bize iyonik tarama üstesinden gelmek için yeterince yüksek frekanslarda çalışmasını sağlar, ve henüz düşük frekanslarda 11-12 de algılama sinyalleri algılar. Ayrıca, SWNT transistörlerin yüksek iletkenliği harici sinyal amplifikatörü için duyulan ihtiyacı ortadan kaldırır algılama sinyali için bir iç kazanç temin etmektedir.

Burada, (a) SWNT transistörler, (b) (c) tasarım ve cihaz üzerine bir poli-dimetilsiloksan (PDMS) mikro-akışkan odası 14 damga, nanotüp 13 biyomoleküllerin işlerlik ve imal protokol açıklar (d) farklı iyonik gücü çözümleri 11 yüksek frekans algılama yürütmek.

Giriş

Bir ücret molekül bir SWNT veya KB elektronik sensör bağlandığında, ya bağış / elektronları kabul eden ya da yerel bir elektrostatik kapı olarak hareket edebilir. Her iki durumda da, bağlama molekülü sensörün ölçüm DC iletkenlik bir değişime yol açan, SWNT veya KB kanal yük yoğunluğu değiştirebilir. 15-20 moleküllerin büyük bir çeşitlilik başarılı gibi bağlayıcı olaylar sırasında nanosensors DC özelliklerini inceleyerek tespit edilmiştir. Şarj algılama tabanlı algılama mekanizması etiket-ücretsiz algılama 21, Femto-molar duyarlılık 22, ve elektronik yeteneği 15 okuma da dahil olmak üzere pek çok avantajı olmasına rağmen, bu sadece düşük iyonik gücü çözümleri etkilidir. Yüksek iyonik güç çözümleri, DC algılama iyonik tarama 6-8 tarafından engellenmektedir. Bir ücret yüzey yüzeye yakın bir elektriksel çift tabaka (EDL) oluşturan çözümünden karşı iyonları çekiyor. EDL etkili bu ücretleri kapalı ekranlarında. T gibiçözüm artar o iyonik gücü, EDL dar ve tarama artar hale gelir. Bu tarama etkisi, Debye tarama uzunluğu λ D ile karakterize edilir

figure-introduction-1
, Ε medyanın dielektrik geçirgenlik olduğu, k B Boltzmann sabiti, T sıcaklık olduğunu, q elektron ücret ve c elektrolit çözeltisinin iyonik gücü. Tipik bir 100 mM tampon çözelti için, λ D 1 nm civarındadır ve yüzey potansiyeli tamamen birkaç nm mesafede izleyicilerle buluşacak. Sonuç olarak, SWNTs veya NWS göre nanoelektronik sensörler en 5,15,17,21-22 (c ~ 1 nM kuru halde 20 veya düşük iyonik güçlü Çözeltilerin ya yapmaktadır- 10 mM), aksi takdirde örnek tuzsuzlaştırma adımları 15,23 geçmesi gerekiyor. Point-of-bakım teşhis cihazları sınırlı örnek işleme yeteneği ile hasta yerinde fizyolojik ilgili iyonik güçlü faaliyet gerekir. Bu nedenle, hafifletici iyonik tarama etkisi POC nanoelektronik biyosensör geliştirilmesi ve uygulanması için çok önemlidir.

Biz megahertz frekans aralığında SWNT tabanlı nanoelektronik sensörü çalıştırarak iyonik tarama etkisini azaltmak. Protokol ayrıntıları nanoelektronik algılama platformu ve biyomoleküler tespiti için yüksek frekanslı karıştırma ölçüm dayalı bir SWNT transistörün üretim burada sağlanan. Tek duvarlı karbon nanotüpler Fe katalizörler 24 ile desenli yüzeyler üzerinde kimyasal buhar biriktirme tarafından yetiştirilmektedir. Bizim SWNT transistörler için, bir asma üst geçit 25 yüksek frekans sensörü yanıtı arttırmak yardımcı olur nanotüp, yukarıda 500 nm yerleştirilir ve aynı zamanda kompakt bir MICR sağlar dahilo-akışkan odası cihazı mühür. SWNT transistörler arka iyonik tarama etkilerini aşmak için yüksek frekans karıştırıcı 9-11 olarak işletilmektedir. Yüksek frekanslarda, çözüm mobil iyonları EDL oluşturmak için yeterli zaman ve dalgalanan biyomoleküler dipollerin yok olabilir hala kapı bizim algılama sinyali bir karıştırma akım, oluşturmak için SWNT. Karıştırma sıklığı FET bir nanotüp doğrusal olmayan IV özellikleri nedeniyle ortaya çıkar. Bizim algılama tekniği ücret tabanlı algılama ve empedans spektroskopisi 26-27 geleneksel teknikleri farklıdır. Öncelikle, yerine ilgili ücretleri daha yüksek frekansta biyomoleküler dipoller algılar. İkinci olarak, SWNT transistörün iletkenliği yüksek bir algılama sinyali için dahili bir kazanç temin etmektedir. Bu, yüksek frekans empedans ölçümleri durumunda olduğu gibi, harici amplifikasyon için duyulan ihtiyacı ortadan kaldırır. Son zamanlarda, diğer gruplar da yüksek ba biyomoleküler algılama ele varckground konsantrasyonları 23,28. Ancak, bu yöntemler karmaşık fabrikasyon veya reseptör moleküllerin dikkatli kimya mühendisliği gerektiren, daha karmaşık bulunmaktadır. Bizim yüksek frekans SWNT sensör daha basit bir tasarıma sahiptir ve bir nanotüp transistörün doğal frekans karıştırma özelliğini kullanır. Böylece fizyolojik ilgili durumda doğrudan işleyen biyosensör istenen gerçek zamanlı noktası bakım tespiti için yeni bir Biyoalgılayıcı platformu umut verici, iyonik tarama etkilerini azaltmak mümkün.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

1. SWNT Büyüme için Catalyst Desenlendirme

  1. 500 nm Si 3 N 4/500 nm SiO 2 filmi üstünde yetişen bir alçak basınç kimyasal buhar biriktirme (CVD) ile bir silikon yonga ile başlayın.
  2. 40 sn için 4000 rpm daha sonra 5 saniye boyunca 500 rpm'de ışığa (PR) bir kat bir kat Spin ve.
  3. 90 saniye için 115 ° C 'de fırında gofret.
  4. Katalizörler (Şekil 1) dikdörtgen çukurlar ile bir photomask kullanın ve 300 0.3 sn için mJ / cm 2 UV (365 nm) ışıma olarak gofret maruz. Maruz bırakıldıktan sonra 90 saniye için 115 ° C 'de fırında gofret.

İpucu: farklı boyutlarda Tasarım çukurlar SWNT kimyasal buhar biriktirme (CVD) büyüme sürecinde değişkenliği açıklamak için 5 mikron x 5 mikron, 10 mikron x 5 mikron vb gibi.

  1. 70 sn hafifçe sürecinde gofret sallayarak için geliştirici gofret geliştirin.
  2. DI Su sağlama ile gofret durulayın2 dakika süreyle r ve daha sonra bir azot (N 2) tabanca ile kuru darbe.
  3. 10 -6 torr bir odası basınçta E-ışını buharlaştırma bölmesi ve mevduat 0.5 nm demir (Fe) içine gelişmiş gofret yükleyin.
  4. 1.5 cm x 1.5 cm daha küçük kalıplar içine gofret zar.
  5. Her biri 10 dakika için sıcak aseton ve isopropanol (IPA), daldırma ile ışığa çıkarın. Bu nanotüp büyüme için dikdörtgen çukurlarda Fe katalizör geride bırakır.

2. Karbon nanotüpler CVD Büyüme

  1. CVD büyüme fırın bölgesinin kuvars tüp içinde, katalizör kaplamalı kalıpların yerleştirin.

İpucu: nanotüp büyüme için tatlı yerinde belirleyin. Büyüme bizim fırın (Şekil 2c) için 2inch x 2inch aşağı bir alan üzerinde tekdüze.

  1. Fotorezist Kalıntı (Şekil 2a) çıkarmak için bir saat boyunca 880 ° C'de havada tabaka tavlama. Soğumasını bekleyin.
  2. Ar ile odası temizleyin3 SLM (dakika başına standart litre) 5 dakika için gon.
  3. Argon (Şekil 2b) 1 SLM arasında bir akış korurken, tüpün merkezinde 800 ° C fırın hızlandırılmasıdır.
  4. Yani demir, demir oksit dönüştürmek katalizör parçacıkları azaltmak için 5 dakika boyunca akış, hidrojen 0.2 SLM.
  5. SWNTs büyümek için 35 dakika boyunca, etilenin 5,5 sccm (dakika başına standart kübik santimetre) (C-2H 4) tanıtılması. Süreç boyunca 0.2 SLM bir H 2 akış sağlamak. Bu tarifi elde SWNTs uzunluğu> 20 mikron (mikron) 'dir.
  6. Fırının küçük bir argon akışı ile oda sıcaklığına soğumaya bırakın.

3. SWNT FET Transistör Fabrikasyon

  1. Karbon nanotüpler akım-gerilim (IV) karakterizasyonu için kaynak drenaj elektrotlar tanımlamak için bir photomask (Şekil 1) tasarlayın.

İpucu: çok apar elektrot temas pedleri uzatınkalıp t bile aktif nanotüp bölgeye bir mikro-akışkan damga aşağı koyarak sonra erişilebilir kalır o kadar.

  1. Kişiler için metal birikimi için alanı tanımlamak için adımları 1.2 -1.6 izleyin.
  2. Mevduat Ti / 10 -6 torr'da bir e-ışını buharlaştırma bölmesi kaynak-drenaj kişiler için Au 0.5 nm/50 nm.
  3. Metal fırlatmaya için gece boyunca aseton içinde kalıp bırakın. Fırlatmaya sonra, 10 dakika IPA kalıp daldırma ve sonra kuru kullanılarak N 2 tabanca darbe.
  4. 500 nm bir battaniye birikimi E-ışın 10 -6 torr'da kapı dielektrik için SiO 2 buharlaşmış yok.
  5. Kapının elektrot tanımlamak için bir photomask (Şekil 1) tasarlayın.
  6. Kapı metal birikimi için bölgeyi tanımlamak için adımları 1.2-1.6 izleyin.
  7. E-ışını evaporatör en üst kapı elektrot olarak 50 nm/50 nm Cr / Au buharlaşır. Metal Kalkışa 3.4 adım izleyin.

İpucu: gücü o artırmak için kalın krom tabaka kullanınf üst kapısı askıya aldı. Kapı boyutları da başarılı süspansiyon için kritik öneme sahiptir.

  1. Battaniye mevduat üst elektrot pasivasyon için SiO 2 ince bir tabaka (20 nm).
  2. Karbon nanotüp kanal erişmek için SiO 2 bir hendek açmak için bir photomask (Şekil 1) tasarlayın. Tasarım pad-etch aynı maske alanı SWNT kanaldan uzak kaynak, drenaj ve kapı elektrotlar erişim için bölgeye açmak için.
  3. SiO 2 ıslak aşındırma için hendek açmak için PR desene adımları 1.2-1.6 izleyin.
  4. Islak aşındırma SiO 2 3 dk ve 30 sn için 01:20 BHF çözüm kullanarak uçuruldu. Si 3 N 4 BHF daha fazla nüfuz etmesini önlemek için bir aşındırma dur katmanı sağlar.

İpucu: Asitli zaman ayarlama önerilir.

  1. Iyice DI su cihazı durulayın ve sonra 5 dakika boyunca IPA içinde daldırma. Bir N 2 tabancası kullanarak darbe kuru. Cihaz stkezlerinin kalın bir krom tabaka nedeniyle bozulmadan kalır.

4. Karbon Nanotube Yan duvarlar kimyasal fonksiyonlandırmalar

  1. 6 mM, dimetilformamid içinde 1-pyrenebutanoic asit süksinimidil ester (PBSE) (DMF) içinde bir çözeltisi hazırlandı.
  2. Oda sıcaklığında 1 saat boyunca bu bağlayıcı çözelti içinde moleküler SWNT FET kalıp inkübe edin.
  3. Iyice aşırı reaktif uzak yıkamak için DMF kalıp durulayın. Cihaz darbe-kuru.
  4. Biotinil-3 bir 20mg/ml çözüm, SWNTs bir biyotinilasyon için DI suda 6-dioxaoctanediamine (biotin PEO amin-BPA) hazırlayın.
  5. İyice DI suyla yıkayın ve kalıbın darbe kuru sonra, 18 saat boyunca bu çözelti içinde kalıp inkübe edin. BPA PBSE bağlayıcı molekülü bağlanır.
  6. Streptavidin bağlama için 7.2 pH PBS çözüm 1mg/ml streptavidin bir çözüm hazırlayın.
  7. Statik ölçümleri için, tamamen biyotinlenmiş SWNT fonksiyonalize 20 dakika boyunca streptavidin ile çözelti içinde kalıp inkübe edin. Thoroughly durulayın ve kalıp darbe kuru. Gerçek zamanlı algılama için, ilk PDMS akış kanalı (adım 6) pul ve sonra streptavidin bağlama (Şekil 3) için yüksek iyonik gücü arka planda streptavidin çözüm akış.

Not: Bu, bir plastik şişe ile kalıp üzerinde tevzi DI su (~ 50 mi) ile kalıp yıkayın. Sonra DI su içeren başka bir Petri kabı kalıp hareket ve 1 dakika etrafında kalıp hareket. Biz iki adım 8-10 kez toplam tekrarlayın.

5. Sıvı Odası için Polidimetilsiloksan hazırlanması (PDMS) Kalıp

  1. Bir tartım kabı, PDMS monomerin ağırlık olarak 9 birim dökün ve sertleştirme maddesinin, ağırlık olarak 1 kısım ve iyice iki karıştırın.
  2. 25 dakika boyunca bir desikatör içinde gazını karışım. Kabarcıklar karışımı üzerinden yükselmeye ve bırakacaktır.

İpucu: karışım köpük başlarsa, oda havalandırma ve birkaç için yerleşmek izintekrar gaz giderme önce saniye.

  1. Bir Petri kabındaki yeni bir silikon yonga yerleştirin. Gofret üzerinde 5 mm PDMS katmanı için bunun üstüne gazı alınmış PDMS karışımı dökün.
  2. 1 saat boyunca 70 ° C'deki bir fırında petri ° C'ye yerleştirin.
  3. Petri kabı çıkarın ve soğumaya bırakın. PDMS bir dikdörtgen parça kesip ve bir cımbız kullanarak dışarı çekmek için bir neşter kullanın.

İpucu: doğrudan silikon yonga ile temas PDMS tarafı temiz ve son derece düz. Bu yan SWNT FET kalıp ile temas halinde olacaktır. Bu kontamine için dikkatli olun.

  1. Ters dikdörtgen kalıp yerleştirin ve diğer düz tarafı bir biyopsi yumruk (3 mm çapında) kullanarak bir delik açın. Bu PDMS (Şekil 4a) düz tarafında hiçbir çıkıntılar sağlar.
  2. Şekil 4a, b). Kalıp üzerinde damga sabitlemek için hafifçe dokunun. Bir sızıntı geçirmez oda sağlamak için kalıp için düz tarafı bağlar.

İpucu: Bu çıplak gözle yapılan ya da yeterince çalışma alanı ile bir optik mikroskop kullanılarak edilebilir. PDMS de sopa (kalıp ve / veya PDMS damga temiz değil genel olarak ise) değilse, bağ yardımcı olmak için PDMS üzerine (20 watt, 15 sn) oksijen plazma yapmak. Güçlü bağ için bu yol daha yüksek plazma yetkileri kullanarak, ancak, bu durumda PDMS çıkarırken elektrot müthiş gördük.

  1. Elektrik test sonrasında ve DI suda kalıp daldırma ve hafifçe damga kaldırarak sonraki kimyasal işlevsellik adım önce PDMS damga çıkarın.

6. Mikroakışkan akış kanalının hazırlanması

  1. Temiz bir silikon yonga almak ve herhangi bir nemi çıkarmak için 5 dakika boyunca 200 ° C sıcak plaka üzerine yerleştirin.
  2. 500 rpm kat SU-8 2.015 Spin(100 devir / sn rampa oranı) daha sonra 5 saniye ve 300 devir / sn rampa oranı az 30 saniye için 1250 rpm için. Bu silikon yonga üzerinde 30 mikron kalınlığında SU-8 katmanı sağlar.
  3. Yumuşak fırında 95 gofret ° C 5 dakika boyunca.
  4. SWNT alan üzerine 300 mikron genişliğinde akış kanalı deseni tanımlamak için bir photomask (Şekil 4c) tasarlayın.

İpucu: yapısı bir kanal genişliği çöküşü önlemek için: 10:1 yükseklik oranı (: bu durumda 30 mikron 300 mikron) yeterlidir.

  1. 365-nm UV fotolitografi kullanarak 0.9 saniye bir UV ışınlarına maruz kalma süresi ile akış kanalı tanımlar.
  2. 5 dakika boyunca 95 ° C kalıp fırında var.
  3. Nazik sallayarak eşlik 5 dakika SU-8 geliştirici model geliştirmek.
  4. IPA gofret durulayın ve N 2 tabanca ile kuru darbe.
  5. Bir PDMS karışımı hazırlamak için adımları 5.1-5.2 izleyin.
  6. Silanizing ajan mide bir 2-3 damla ile birlikte desikatöre SU-8 kalıp ile gofret yerleştirinKloro (3, 3, 3-trifluoropropil) bir Petri kabındaki silan. Vakum pompası açın gofret 1 saat vakum bekletin.
  7. Gofret üzerine gazı alınmış PDMS karışımı dökün ve sonra 1 saat boyunca 70 ° C sıcaklıkta bir fırın içinde ısı.
  8. Bir neşter kullanılarak PDMS kalıp (SU-8 negatif) kesin.
  9. Ters PDMS damga yerleştirin ve akış kanalının her iki ucunda bir delik açmak için bir biyopsi yumruk (0.75 mm çapında) kullanarak. Çıkıntılar (Şekil 4e) önlemek için diğer düz tarafı (silikon yonga ile temas tarafı) delik emin olun.
  10. Mikroskop altında fabrikasyon SWNT FET kalıpların aktif alanının üstüne hizalayarak dikkatli bir cihazın üstüne PDMS akış odasına yerleştirin. Kalıp üzerinde damga sabitlemek için hafifçe dokunun. Bir sızıntı geçirmez oda sağlamak için kalıp için düz tarafı bağlar. (Şekil 4c ve 4d)
  11. Deliklere bir polietilen boru itme ve bir sıvı kaynağı ve drenaj şırınga (F diğer ucunuŞEKIL 4e).
  12. Kanal (Şekil 6) aracılığıyla sıvı kontrollü bir akış sağlamak için bir şırınga pompası sistemi için şırınga takın.

7. DC Elektrik Ölçüm Kurulumu

  1. Kaynak ve bir DAQ kartı gerilim limanlarına FET SWNT kapısı kişileri bağlayın.
  2. Güncel bir pre-amplifikatör ile DAQ kartı giriş portuna drenaj temas bağlayın.
  3. , Kaynak kişiye 30 milivolt (mV) uygulayın geçit gerilimi süpürme ve boşaltma (Şekil 5a) Geçerli kaydedin.

İpucu: çözüm ölçümleri için, içinde geçit gerilimi süpürme parametre tutmak | 0,7 volt | kaçak ve kapı metal elektrot ve çözüm arasındaki reaksiyon önlemek için.

8. AC Elektrik Ölçüm Kurulumu

  1. Kurulum frekans jeneratörü harici modülasyon sinyali bağlantı noktasına amplifikatör kilit-in Ref-out sinyalini modüle frekanslı AMNCY çıktı.
  2. Bir önyargı tee (Şekil 5b ve 5c) kullanarak DAQ kartından frekans jeneratörü ve DC gerilim AM-modüle RF çıkış portuna FET SWNT kaynağı temas bağlayın.
  3. DAQ kartı gerilim bağlantı noktasına kapı temas bağlayın.
  4. Nanotüp ile AC akım okumak için bir kilit-amplifikatör için tahliye temas bağlayın. DAQ giriş bağlantı noktaları üzerinden genlik ve akım faz okuyun.
  5. 200 kilohertz (kHz) de 0 volt ve AM sinyal frekansta kaynağı DC gerilim tutun.
  6. Kapı voltajı, süpürme ve drenaj gelen akım ölçer.
  7. Farklı frekanslarda I mix-V g temizleyicileri için frekans ve tekrar adım 8.6 artırın.

9. Çözüm Elektrik Ölçümleri (Akış Yok)

  1. 1 mM NaCI, 10 mM NaCl ve 5M NaCI stok çözeltisi, başlangıç, 100 mM NaCl çözümleri hazırlayın.
  2. Adım 3.13 gelen SWNT cihazı alın. Bir biotinylate elde etmek için adımlar 4.1-4.5 yapınızd cihaz.
  3. Cihazın üstüne bir PDMS odasına koymak için 5 adım izleyin.
  4. Bir pipet kullanarak DI su ile oda doldurun.
  5. Farklı frekanslar için frekans karıştırma ölçümleri için 8 adım izleyin.
  6. Üç farklı tuz çözeltileri, 1 mM NaCI, 10 mM NaCl ve 100 mM NaCI, 9.4 tekrarlayın.

İpucu: Önceki çözüm geri ve daha sonra yeni bir çözüm ile oda birden çok kez temizlemek için pipet kullanın. Her zaman yüksek konsantrasyon çözümler için düşük geçiş.

  1. Hafifçe bir cımbız ile damga kaldırarak PDMS damga çıkarın.
  2. Iyice DI su ile cihazı durulayın.
  3. 4.6-4.7 açıklandığı üzere streptavidin bağlayıcı yapınız.
  4. Adımları 9.3-9.6 tekrarlayın.

10. Çözüm Elektrik Ölçüm (Gerçek Zamanlı Akış)

  1. 5 M NaCI stok çözeltisi, başlangıç ​​100 mM NaCl çözeltisi hazırlayın.
  2. Ste gelen SWNT cihazı alıns 3.13. Bir biotinlenmiş cihazı elde etmek için adımlar 4.1-4.5 yapınız.
  3. Adım 6 aşağıdaki cihaz üzerindeki mikro-akışkan akış kanalı yerleştirin .. Çekilmesi modunda çalışması için mikro-akışkan kanalın bir ucuna boş bir şırınga bağlayın. Diğer ucunda, 100 mM NaCI solüsyonu ile bir arka şırınga takmak.
  4. 8. adımda ayrıntılı olarak elektrik ölçüm ayarlayın. Frekans (f = 10 MHz) düzeltmek ve kapı gerilim önyargı (V = 0).
  5. Çekme modunda şırınga pompası Başlangıç ​​(akış oranı = 0.4 ml saat -1) ve zamanla akım sinyali izlemek. 100 mM NaCl ve streptavidin-biotin bağlayıcı (Şekil 6) Monitör sinyal değişiklik 1mg/ml streptavidin çözüm geçin.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Askıya alınmış bir üst geçit ile SWNT transistörün bir tarama elektron mikroskop görüntüsü, Şekil 7a'da gösterilmiştir. Kapı boyutları süspansiyon 25 için kritik öneme sahiptir. Mevcut tasarım boyutları (x genişlik x kalınlık = 25 mikron x 1 mikron x 100 nm uzunluk) bulunmaktadır. Kapı elektrot 50 nm Cr/50 nm Au oluşur kalın bir krom tabakası askıya yapısına daha fazla güç katıyor. Askıya yapısı üst kapı ve drenaj (Şekil 7b) arasında kaçak akım yokluğu ile doğrulanır.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Karbon nanotüpler büyüme fırın koşulları aynı zamanda yüzey temizlik sadece bağlıdır. Büyüme için en uygun gaz akış hızı, sıcaklık ve basınç dikkatle kalibre ve bir kez az ya da çok istikrarlı sabit zorunda. Bu koşullar karşılanmaktadır olsa bile, o büyüme desenli katalizör alanı, katalizör ve yüzey temizlik miktarına bağlıdır bulundu. Bu nedenle, büyüme değişkenliği açıklamak için birden fazla katalizör çukur boyutları dahil. Bir bir saat yüksek sıcaklık adım yüzeyden PR kalıntı vb gibi herhangi bir kirleri çıkarmak ya...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarlarının olmadığını beyan ederim.

Teşekkürler

Biz erken tartışma için Cornell Üniversitesi'nde Prof Paul McEuen teşekkür ederim. Çalışma başlangıç ​​fonu Michigan Üniversitesi ve Ulusal Bilim Vakfı Ölçeklenebilir nano üretim Programı (DMR-1.120.187) tarafından temin tarafından desteklenmektedir. Bu çalışma Michigan Üniversitesi, Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edilen Ulusal Nanoteknoloji Altyapı Ağı üyesi de Lurie Nanofabrikasyon Tesis kullanılır.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
REAGENTS
reaktifler katalog sütununda LNF olarak işaretlenmiştir. Koruyucu ekipman (eldiven, koruyucu gözlük, yüz maskesi, önlük) ve/veya çeker ocak gerektiren kimyasallar yorumlar bölümünde KKD ile belirtilmiştir.
Silikon gofretler (P-tipi, < 100>, 500-550 μ m kalınlığında)Silikon Vadisi Mikroelektronik
SPR 220 3.0Dow (Rohm ve Haas)Megaposit SPRPPE
AZ 300MIFAZ Electronic Material CorporationKKD
AsetonJT Baker9005-05KKD
İzopropanol (IPA)JT Baker9079-05
Tamponlu Hidroflorik Asit TransenKKD
1-Piren Bütanoik Asit, süksinimidil esterMoleküler ProblarP130KKD
Biotin PEOAmin Termo BilimselEZ-Link PEG2 Biotin, # 21346PPE
StreptavidinInvitrogenS 888PPE
DimetilformamidMP Biyomedikaller0219514791KKD
Polidimetilsiloksan Elastomer Baz ve Kürleme MaddesiDow CorningSylgard 184 Elastomer KitiKKD
SU-8 2015MicrochemY111064KKD
SU-8 GeliştiriciMicrochemY020100KKD
Silanlaştırıcı ajanSigma Aldrich452807KKD
HidrojenSaflığı ArtıLNF
EtilenSaflığı ArtıLNF
ArgonPurity PlusLNF
Fosfat Tampon Tuzlu Su SistemiSigma AldrichPBS1
EQUIPMENT
Lurie Nanofabrikasyon Tesisi (Michigan Üniversitesi) tarafından sağlanan ekipman, Katalog sütununda LNF olarak belirtilmiştir.
GCA 200 AutostepperGCALNF
Düşük Basınçlı Kimyasal Buhar Biriktirme AracıTempressLNF
e-kiriş EvaporatörEnerjetLNF
CNT büyüme Fırınıİlk NanoKolay Tüp 3000 (LNF)
Fotoğraf maskeleriNanofilmLNF
Petri kabı (150mm)LNF
KurutucuBel-ArtF420100000
Biyopsi PunchTed Pella15071/78
NeşterTed Pella548
Polietilen Boru PE-50VWR20903-414
Şırınga PompasıYeni Dönem Pompa SistemleriNE-1000
ŞırıngaFisher ScientificBD Güvenlik-Lok Şırıngalar
Şırınga İğneleriFisher Scientific14-821-13A
DAQ kartıUlusal Aletler779111-01
GPIB konektörüUlusal Aletler778032-51
Kilitli AmplifikatörStanford Araştırma SistemleriSR 830
Frekans JeneratörüHP Agilent8648B, 9kHz -2GHz
Önyargı TeePikosaniye5575A-104
Akım ÖnamplifierDL Instruments, LLCDL 1211
BNC kablolarıAllied Electronics665-xxxx
SMA kablolarıSentro Tech CorpSCF65141
Lurie Nanofabrikasyon Tesisi (Michigan Üniversitesi) bünyesinde sağlanan

Kaynaklar

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

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Karbon Nanot p Biyosens rY ksek Frekansl Alg lamaAlan Etkili Transist rTek Duvarl Nanot pMikroak kan Ak KanalFrekans Kar t rma Tekni iStreptavidin Biotin Ba lanmasY zey FonksiyonalizasyonuAC Elektriksel l m
Yüksek İyonik Güç Çözümleri Algılama için karbon Nanotube Yüksek Frekans nanoelektronik Biyosensör Fabrikasyon
Bize ulaşın
Kütüphaneye tavsiye et

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Telif hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.