Un elettrodo di tipo chiuso senza fili Nanopore per analizzare le singole nanoparticelle

Le nanoparticelle hanno attirato l’attenzione enorme a causa di diverse caratteristiche come loro capacità catalitica, caratteristiche ottiche particolari, electroactivity ed elevati rapporti superficie-volume^{1,2,3, 4}. analisi elettrochimica delle nanoparticelle singole è un metodo diretto per la comprensione dei processi chimici ed elettrochimici intrinseci a livello di nanoscala. Per ottenere misurazioni altamente sensibile delle singole nanoparticelle, due approcci elettrochimici sono state precedentemente applicati per leggere informazioni di nanoparticelle da corrente risposte^5,6,7. Uno di questi approcci coinvolge immobilizzare o catturare una nanoparticella individuo sull’interfaccia del nanoelectrode per lo studio di elettrocatalisi^8,9. L’altra strategia è guidata dalla singola nanoparticella collisione con la superficie di un elettrodo, che genera una fluttuazione di corrente transitoria dal processo redox dinamico.

Entrambi questi metodi richiedono un’interfaccia sensibile ultrasensibile di nanoscala che corrisponda al diametro delle singole nanoparticelle. Tuttavia, la fabbricazione tradizionale di nanoelettrodi principalmente ha incorporato i sistemi micro-elettromeccanici (MEMS) o laser tirando tecniche, che sono noioso e undisciplinable^{10,11,12, 13}. Ad esempio, basati su MEMS fabbricazione di nanoelettrodi è costoso e richiede l’uso di una camera pulita, limitazione della massiccia produzione e divulgazione di nanoelettrodi. D’altra parte, laser tirando fabbricazione di nanoelettrodi si basa pesantemente su esperienza degli operatori durante la sigillatura e tirare un filo metallico all’interno del capillare. Se il filo metallico non è ben sigillato nel capillare, il divario tra il filo e la parete interna della nanopipette drammaticamente può introdurre rumore corrente di fondo in eccesso e ingrandire l’elettroattivi rilevamento della zona. Questi inconvenienti in gran parte diminuiscono la sensibilità della nanoelectrode. D’altra parte, l’esistenza di una lacuna può allargare l’area dell’elettrodo e ridurre la sensibilità della nanoelectrode. Di conseguenza, è difficile garantire una performance riproducibile dovuto le morfologie di elettrodo incontrollabile in ogni processo di fabbricazione^14,15. Pertanto, un metodo di fabbricazione generale di nanoelettrodi con eccellente riproducibilità è assolutamente necessario per facilitare l’esplorazione elettrochimico delle caratteristiche intrinseche delle singole nanoparticelle.

Recentemente, la tecnica di nanopore è stata sviluppata come un approccio elegante e privo di etichetta per singola molecola analisi^{16,17,18,19,20}. A causa della sua fabbricazione controllabile, il nanopipette fornisce un confinamento su scala nanometrica, con un diametro uniforme che vanno da 30-200 nm da un laser capillare estrattore^21,22,23,24 . Inoltre, questa procedura di fabbricazione semplice e riproducibile assicura la generalizzazione della nanopipette. Recentemente, abbiamo proposto un elettrodo nanopore wireless (WNE), che non richiede la tenuta di un filo metallico all’interno del nanopipette. Attraverso un processo di fabbricazione facile e riproducibili, il WNE possiede una deposizione metallica su scala nanometrica entro il nanopipette per formare un elettroattivi interfaccia^25,26,27,28 . Poiché il WNE possiede una struttura ben definita e morfologia uniforme dei suoi confini, realizza l’alta risoluzione corrente, così come la costante di tempo di resistenza-capacità bassa (RC) per l’esecuzione di elevata risoluzione temporale. Precedentemente abbiamo segnalato due tipi di WNEs, tipo aperto e chiuso-tipo, per la realizzazione di analisi di singola entità. Il tipo aperto WNE impiega un strato di nanometal depositato sulla parete interna di un nanopipette, che converte la corrente faradica di una singola entità per la risposta corrente ionica²⁶. Di solito, il diametro di un tipo aperto WNE è di circa 100 nm. Per ridurre ulteriormente il diametro di WNE, abbiamo presentato il WNE chiuso-tipo, in cui un nanotip di metallo solido completamente occupa la punta di nanopipette attraverso un approccio chimico-elettrochimica. Questo metodo è in grado di generare rapidamente un nanotip 30 nm oro all’interno di un confinamento nanopore. L’interfaccia ben definita nella zona di punta di un chiuso-tipo WNE assicura un elevato rapporto segnale-rumore per misure elettrochimiche di singole nanoparticelle. Come una nanoparticella d’oro caricata si scontra con il WNE chiuso-tipo, un processo di carica-Scarica ultraveloce all’interfaccia punta induce una risposta di feedback capacitivo (CFR) nella traccia corrente ionica. Rispetto ad un precedente singolo nanoparticella collisione Studio tramite una nanoelectrode con metallo filo all’interno²⁹, il WNE chiuso-tipo ha mostrato una più alta risoluzione corrente di pA di ± 0,1 0,6 pA (RMS) e maggiore risoluzione temporale di 0,01 ms.

Qui, descriviamo una procedura di fabbricazione dettagliato per un WNE chiuso-tipo che è altamente controllato dimensioni e riproducibilità eccezionali. In questo protocollo, una semplice reazione tra AuCl₄^– e BH₄^– è progettato per generare un nanotip d’oro che blocca completamente l’orifizio di un nanopipette. Poi, elettrochimica bipolare è adottato per una crescita continua di un nanotip d’oro che raggiunge la lunghezza di parecchi micrometri all’interno del nanopipette. Questa semplice procedura consente l’implementazione di questa fabbricazione di nanoelectrode, che possa essere effettuati in qualsiasi laboratorio di chimica generale senza una camera pulita e costose attrezzature. Per determinare la dimensione, la morfologia e la struttura interna di un WNE di tipo chiuso, questo protocollo fornisce una procedura dettagliata caratterizzazione con uso di un microscopio elettronico a scansione (SEM) e la spettroscopia di fluorescenza. Un esempio recente è evidenziato, che misura direttamente le interazioni intrinseche e dinamiche di nanoparticelle d’oro (AuNPs) collisione verso il nanointerface di un WNE di tipo chiuso. Noi crediamo che il WNE chiuso-tipo può aprire un nuovo percorso per futuri studi elettrochimici delle cellule viventi, nanomateriali e sensori a livello di singolo-entità.