Tek nano tanecikleri analiz etmek için kapalı tip kablosuz Nanopore elektrot
20 Mart 2019
Burada, bir protokol kapalı tip kablosuz nanopore elektrot imalatı ve tek nanopartikül çarpışmalar sonraki elektrokimyasal ölçümü için mevcut.
Tek nanopartikülün içsel özelliğini elektrokimyasal olarak ölçmek nanobilimde büyük önem taşımaktadır. Bu yöntem, hızlı tek nanopartikül analizi için kablosuz nanopore elektrot oluşturmak için basit ama son derece tekrarlanabilir bir yol göstermektedir. Nanoelektrotun boyutu bu basit üretim yöntemi ile 30 nanometreye kadar ulaşabilir.
Analiz sırasında geçerli çözünürlük ve zamansal çözünürlük sırasıyla 0,6 pikoamp ve 0,01 milisaniyedir. Bu kablosuz nanopore elektrot nanoelektrot ucu nanoölçekli boyutu nedeniyle in vivo ve non-invaziv laik analiz için kullanılacak bekleniyor. Altın nano ucun lokalize yüzey plazmonik rezonans özelliği ve çapraz nanopipetlerin mükemmel optik görüşü nano ölçekte elektrik optik algılamasağlayabilir.
Kablosuz nanopore elektrot üretimi ile ilgilenen araştırmacılar nanopipeette döküm işlemi ana olmalıdır. Çünkü bu prosedürde çok önemli bir adım. Pipet dökülürken çevre sıcaklığına ve neme dikkat etmelidirler.
İlk güçlü karıştırma ile deiyonize su% 1 ila 40 mililitre bir kütle fraksiyonu ile kloroaurik asit 4.8 mililitre ekleyin. Sonra bir kaynamaya çözeltiısı. Çözeltiye %1'lik bir kütle fraksiyonu ile 10 mililitre trisodyum sitrat çözeltisi ekleyin.
Son çözelti kırmızı renkte olana kadar çözeltiyi 15 dakika daha ısıtın. Kuvars kılcal damarları aseton dolu 15 mililitrelik bir santrifüj tüpüne yerleştirin ve ultrasonik temizleyicide on dakika temizleyin. Bittiğinde, aseton çıkarın ve etanol ekleyin.
Sonra temizlik ek bir on dakika için ultrasonik temizleyici santrifüj tüp yerleştirin. Sonra, etanol kaldırılması için deiyonize su ile başka bir 15 mililitre centrifuge tüp içine kuvars kılcal yerleştirin ve 10 dakika ultrasonik temizlik yapmak. Kuvars kılcal damarları azot gazı akışı kullanarak kurulayın ve temiz bir santrifüj tüpünde saklayın.
Bunu takiben, sabit bir lazer gücü sağlamak için bir karbondioksit lazer çekmece ve ön ısı 15-20 dakika açın. Önceden ısıtılmış karbondioksit lazer çekmecetemiz bir kuvars kapiller yükleyin. Belirli bir çap için karbondioksit lazer çekmece paneliüzerinde ısı, filament, hız, gecikme ve çekme kuvveti çekme parametrelerini ayarlayın.
Daha fazla karakterizasyon için yeniden kullanılabilir bir yapıştırıcı ile bir petri kabı üzerinde hazırlanan nanopipet düzeltin. Hazırlanan kloroaurik asit çözeltisinin 10 mikrolitresini bir mikroyükleyici ile nanopipete enjekte edin. Nanopipeette hava kabarcıkları kaldırılması için yaklaşık 1, 878 kez G beş dakika için nanopipege santrifüj.
Santrifüjden sonra, nanopipeti önceden hazırlanmış silikon kauçuk ile bir kapak fişi üzerine sabitlayın ve nanopipetin içindeki alanı cis tarafı ve dış alanını trans tarafı olarak tanımlayın. Kauçuğun tedavisi için beş dakika bekledikten sonra, entegre topluluğu ters bir mikroskobun nesnel masasına yerleştirin. Nanopipeette ucunu 10x mikroskop hedefi altında odaklamak için koyu alan aydınlatmasını açın ve ayarlayın.
Daha yüksek aralıklı çözünürlük için 40x hedefine değiştirin. Bir sonraki yer nanopipeette içinde gümüş klorür elektrot. Sonra trans tarafında ikinci bir topraklanmış gümüş klorür elektrot yerleştirin.
Gümüş gümüş klorür elektrotlarını bir ön amplifikatöre bağlayın. Geçerli ölçüm sistemini ve iyonik akım kaydı için ilgili yazılımı açın. Sonra 300 milivolt uygulanan potansiyeli ayarlayın.
Şimdi yavaş yavaş kloroaurik asit ve sodyum borohidrit arasındaki reaksiyonu tetiklemek için trans tarafına sodyum borohidrit çözeltisi 150 mikrolitre ekleyin. Aynı anda, elektriksel ve optik mevcut izleme ve karanlık alan görüntü saçılma spektrumları mevcut ölçüm ve karanlık alan algılama sistemleri kullanarak kaydedin. Iyonik akım izleme sıfır pikoamlara döndükten sonra uygulanan potansiyeli kapatın.
Hazırlanan kapalı tip WNE'yi alttan uca akan deiyonize suyla yıkayın. Kapalı tip WNE'nin imalatından sonra trans ve cis kenarlarındaki çözeltiyi potasyum klorür çözeltisine dönüştürün. Trans tarafına 30 nanomolar altın nanopartical çözeltinin 50 mikrolitre aktarımı.
Sonra 300 milivolt potansiyeltek nanoparçacık çarpışma olaylarının mevcut sinyal kaydedin. Son olarak, geçerli sinyalin frekans, genlik ve şekil değişimini izlemek için uygulanan gerilimi değiştirin. Bir nanopipeette imalatı üç ana adımdan oluşur.
0.5 milimetre iç çapı ve 1 mililitre dış çapı ile bir mikrokapiller çekmece çekilir ve bir lazer sonra kuvars eritmek için kılcal merkezi üzerinde odaklanmıştır. Kılcal damar terminallerine kuvvet uygulayarak, sonunda ayırır ve nano ölçekli konik ipuçları ile iki bölümden oluşur. Çekme işlemi burada gösterildikten sonra, nanopipet ucu içinde bir altın nanotip oluşturma prosedürü.
Bir in situ karakterizasyon sistemi mevcut tepki ve karanlık alan görüntüleri eşzamanlı kayıt tarafından kapalı tip WNE üretim sürecini izlemek için kullanılmıştır. Çıplak nanopipeette üst görünüm SEM görüntüleri ve kapalı tip WNE burada bir yan görünüm SEM görüntü bölme odak iyonları Kiriş kapalı tip WNE içinde altın nanotip morfolojisi sağlar sonra gösterilir. Tek nanopartikül çarpışma deneylerinde, altın nano tanecikleri WNE'nin trans tarafına eklenir.
Bu CNE'nin olağanüstü gürültü performansı, yüksek sinyal frekansı ile gizli sinyalleri ortaya çıkarır. Altın nano ucu oluştururken, elektrokimyasal arabirimi oluşturmak için düşük bir uygulamalı potansiyel kullanılmalıdır. Yüksek uygulamalı potansiyel altın üretimini hızlandırabilir ve nano uçta kusurlu yapılara neden olabilir.
Yüksek kontrast lı çözünürlük ve bu yöntemin yüksek özel çözünürlüğü, araştırmacıların nano ölçekte elektron aktarım sürecini daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir. Sodyum borohidrit tehlikelidir ve su ile şiddetli tepki verecektir. Sodyum borohidrit çözeltisi hazırlarken lütfen dikkatli olun.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu makale, tek nanopartikül çarpışmalarının elektrokimyasal ölçümü sağlayan kapalı tip kablosuz nanogözen elektrot yapımı için bir protokol sunmaktadır. Bu yöntem, nano ölçekte nanopartiküllerin hızlı analizi için tekrarlanabilir bir yaklaşım sunmaktadır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nanobilim
- Elektrokimya
- Tek partikül analizi
Arka Plan
- Tek nanopartiküllerin ölçülmesi, nanobilimdeki ilerlemeler için kritik öneme sahiptir.
- Kablolosuz nanogözen elektrot, 30 nanometreye kadar boyuta ulaşabilir.
- Yüksek akım ve zamansal çözünürlük bu yöntemin temel özellikleridir.
- Teknik, in vivo ve non-invaziv analiz için uygundur.
Çalışmanın Amacı
- Tek nanopartiküllerin hızlı ve doğru analizi için bir yöntem geliştirmek.
- Nanogözen elektrodun benzersiz özelliklerini gelişmiş algılama için kullanmak.
- Nano ölçekte elektriksel optik algılamayı kolaylaştırmak.
Kullanılan Yöntemler
- Kapalı tip kablosuz nanogözen elektrodun yapımı.
- Elektrokimyasal ölçüm teknikleri.
- Nanopartikül çarpışmalarının analizi.
- Yerelleştirilmiş yüzey plazmon rezonans özelliklerinin kullanımı.
Ana Sonuçlar
- Yöntem, 0.6 pikoamperlik bir akım çözünürlüğü gösterir.
- Elde edilen zamansal çözünürlük 0.01 milisaniyedir.
- Nanogözen elektrot, tek nanopartikül analizi için etkilidir.
- Non-invaziv analizde potansiyel uygulamalar vurgulanmaktadır.
Sonuçlar
- Bu protokol, nanopartikül analizi için basit ve tekrarlanabilir bir yöntem sağlar.
- Kablolosuz nanogözen elektrodun gelecekteki araştırmalar için önemli etkileri vardır.
- Daha fazla çalışma, çeşitli alanlarda uygulamalarını genişletebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Analyzing single nanoparticles with high spatiotemporal resolution supports mechanistic de-risking in early-stage nanomedicine and diagnostic platform development. The closed-type wireless nanopore electrode enables reproducible, label-free detection of nanoparticle properties, improving target validation confidence in discovery workflows. This capability addresses a key inflection point in portfolio triage where nanoparticle behavior predicts downstream translational success.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of intrinsic nanoparticle features such as size, charge, and surface reactivity for target hypothesis testing.
- Operational Value: Provides high current resolution (0.6 pA) and temporal resolution (0.01 ms) for precise single-event discrimination.
- Strategic Value: Supports predictive confidence in nanoparticle behavior, reducing ambiguity in lead candidate selection.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative, real-time current traces from nanoparticle collision events for assay readout standardization.
- Operational Value: Facilitates assay reproducibility through well-defined nanoelectrode morphology and wireless design.
- Strategic Value: Enables scalable screening platforms for nanoparticle libraries in therapeutic and diagnostic development.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Bridges discovery and preclinical stages by providing continuous, nanoparticle-specific biophysical data.
- Operational Value: Supports risk-adjusted advancement decisions through consistent, high-fidelity signal detection.
- Strategic Value: Enhances translational continuity by enabling monitoring of nanoparticle stability and interaction in complex biological milieus.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early nanoparticle characterization to lead identification, where single-particle analysis informs structure-activity relationships and formulation stability.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of nanoparticle properties through direct electrochemical measurement of collision dynamics.
- Screening: Delivers assay-ready, quantitative outputs (frequency, amplitude, shape of current signals) for compound or formulation comparison.
- Analytics: Enables statistical analysis of nanoparticle collision frequency and magnitude, aiding in population-level behavioral assessment.
- Translational Research: Connects to preclinical validation by offering a reproducible tool for tracking nanoparticle behavior in simulated biological environments.
- Enterprise Reuse: Represents a modular, adaptable capability for repeated use across nanoparticle projects without cleanroom dependency.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in nanoparticle characterization through high-resolution, label-free detection.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility via controllable nanoelectrode fabrication and wireless operation.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing early, predictive confidence in nanoparticle performance.
- Portfolio Impact: Enables risk-based prioritization of nanoparticle candidates using quantifiable, single-particle metrics.
Implementation Considerations
- Requires expertise in nanoelectrochemistry, laser-based nanopipette pulling, and electrochemical setup.
- Needs instrumentation including carbon dioxide laser puller, potentiostat, amplifier, and dark-field microscopy.
- Demands cross-team standardization of fabrication parameters (e.g., temperature, humidity, pulling force) for consistent WNE performance.
- Involves adaptation considerations when transferring the method to different nanoparticle types or biological matrices.
- Includes practical limitations such as sensitivity to electrode fouling and the need for careful handling of reactive reagents like sodium borohydride.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
1:26
Preparation of Gold Nanoparticles
2:00
Fabrication of Nanopipettes
3:21
Fabrication of Closed-type WNE
5:34
Single Nanoparticle Collision with Closed-type WNE
6:13
Results: Fabrication of Closed-type WNE and Electrochemical Measurement of Single Nanoparticle Collisions
7:45
Conclusion
