단일 나노 입자 분석에 대 한 폐쇄-타입 무선 Nanopore 전극

나노 입자 그들의 촉매 능력, 특정 광학 기능, electroactivity, 및 높은 표면 볼륨 비율^1,2,3, 등 다양 한 기능으로 인해 엄청난 관심을 받고 있다 ⁴. 단일 나노 입자의 전기 화학 분석은 나노 수준에서 본질적인 화학 및 전기 화학 프로세스를 이해 하기 위한 직접적인 방법. 단일 나노 입자의 매우 중요 한 측정을 달성 하기 위해 두 가지 전기 화학 방법 이전 현재 응답^5,,67에서 나노 정보를 읽을 수 적용 되었습니다 했습니다. 이러한 방법 중 하나는 immobilizing 또는 electrocatalysis^8,9의 연구에 대 한 nanoelectrode의 인터페이스에 개별 나노 입자를 캡처 작업이 포함 됩니다. 다른 전략은 과도 전류 변동 동적 산화 과정에서 생성 된 전극의 표면와 단일 나노 입자 충돌에 의해 구동 됩니다.

이러한 메서드의 모두 단일 나노 입자의 직경 일치 하 나노 磁 감지 인터페이스가 필요 합니다. 그러나, nanoelectrodes의 전통적인 제조 주로 통합 마이크로 전자 기계 시스템 (MEMS) 또는 당기는 지루하고 undisciplinable^{10,,1112, 기술, 레이저 13}. 예를 들어 nanoelectrodes의 MEMS 기반 제작 소모 되며 대규모 생산 및 nanoelectrodes의 대중화를 제한 하는 클린 룸의 사용 해야 합니다. 다른 한편으로, nanoelectrodes의 제조를 당겨 레이저 씰링 동안 모 세관 내부 금속 와이어의 연산자의 경험에 크게 의존 합니다. 금속 와이어는 모 세관에서 잘 밀봉 하지 않으면는 nanopipette의 내부 벽과 와이어 사이 간격 및 수 있습니다 극적으로 초과 전류 잡음을 소개 electroactive 감지 영역을 확대. 이러한 단점이 크게는 nanoelectrode의 감도 감소. 다른 한편으로, 간격의 존재는 전극 영역을 확대 하 고는 nanoelectrode의 감도 줄일 수 있습니다. 결과적으로, 각 제조 과정^14,15통제 전극 형태학으로 재현 성능을 보장 하기 어렵다. 따라서, 우수한 재현성 nanoelectrodes의 일반적인 제조 방법 단일 나노 입자의 본질적인 기능 전기 탐사를 촉진 하기 위하여 긴급 하 게 필요 합니다.

최근, nanopore 기술은 단일 분자 분석^{16,17,,1819,20}대는 세련 되 고 레이블 없는 접근 방식으로 개발 되었습니다. 그것의 제어 제조 때문는 nanopipette는 레이저 모 세관 끌어당기는^{21,,2223,24 30-200 nm에서까지 균일 한 직경을 가진 나노 스케일 감 제공} . 또한,이 간단 하 고 재현할 수 제작 절차는 nanopipette의 일반화를 보장합니다. 최근에, 우리는 nanopipette 내부 금속 와이어의 씰링을 요구 하지 않는 무선 nanopore 전극 (WNE) 제안 했다. 손쉬운 고 재현할 수 제작 과정을 통해는 WNE 소유 프로그램 electroactive 인터페이스^{25,,2627,28 nanopipette 내에서 나노 금속 증 착} . 이후는 WNE 잘 정의 된 구조와 그것의 진출의의 균일 한 형태를가지고, 그것은 높은 시간 해상도 수행 하기 위한 낮은 저항 커패시턴스 (RC) 시간 상수 뿐 아니라 현재 고해상도 달성 한다. 우리는 이전 WNEs, 오픈 형 및 폐쇄 유형, 단일 엔터티 분석을 실현 하기 위한 두 가지 유형의 보고. 오픈 형 WNE 이오니아 현재 응답²⁶에 단일 엔터티의 유도 전류를 변환 하는 nanopipette의 내부 벽에 nanometal 레이어를 사용 합니다. 일반적으로, 오픈 형 WNE의 직경은 약 100 nm. 더 WNE의 직경 감소, 우리는 단단한 금속 nanotip 완전히 화학 전기 방식을 통해 nanopipette 팁 차지 폐쇄-타입 WNE 제시. 이 방법은 빠르게 nanopore 감 금 안에 30 nm 금 nanotip를 생성할 수 있습니다. 폐쇄-타입 WNE 팁 영역에서 잘 정의 된 인터페이스는 단일 나노 입자의 전기 측정에 대 한 높은 신호 대 잡음 비율을 보장합니다. 충전된 금 나노 폐쇄 유형 WNE 충돌로 팁 인터페이스에서 초고속 충전-방전 과정 이오니아 현재 추적에 용량 성 피드백 응답 (CFR)를 유도 한다. 이전 단일 나노 입자 충돌 연구 통해 금속 nanoelectrode²⁹내부 와이어에 비해, 폐쇄-타입 WNE 0.6 pA ± 0.1 pA (RMS)의 더 높은 현재 해상도 0.01 ms의 높은 시간 해상도 보여주었다.

여기, 우리 차원과 뛰어난 재현성 높은 제어는 폐쇄 유형 WNE에 대 한 자세한 제작 절차를 설명 합니다. 이 프로토콜, 간단한 반응 AuCl₄^– BH₄사이^– 는 nanopipette의 구멍을 완전히 차단 하는 골드 nanotip를 생성 하도록 설계 되었습니다. 다음, 양극 전기는 nanopipette 안에 몇 마이크로미터의 길이 도달 하는 골드 nanotip의 지속적인 성장을 위해 채택 된다. 이 간단한 절차는 클린 룸 및 고가의 장비 없이 모든 일반 화학 실험실에서 실시 될 수 있습니다이 nanoelectrode 제조의 구현 수 있습니다. 크기, 형태, 및 폐쇄 유형 WNE의 내부 구조를 확인 하려면이 프로토콜 스캐닝 전자 현미경 (SEM) 및 형광 분광학의 사용과 상세한 특성화 절차를 제공 합니다. 한 최근의 예를 들어 강조 표시를 직접 폐쇄 유형 WNE의 nanointerface 쪽으로 충돌 하는 금 나노 입자 (AuNPs)의 기본 및 동적 상호 작용을 측정 됩니다. 우리는 폐쇄 유형 WNE 살아있는 세포, 나노 재료, 및 단일 엔터티 수준에서 센서의 미래의 전기 화학 연구에 대 한 새로운 경로 깔 다 수 있습니다 믿습니다.