Een gesloten Type draadloze Nanopore-elektrode voor het analyseren van interne nanodeeltjes

Nanodeeltjes hebben enorme aandacht te wijten aan uiteenlopende functies zoals hun katalytische vermogen, bijzondere optische kenmerken, electroactivity en hoge oppervlakte-naar-volume verhoudingen^{1,2,3, 4}. elektrochemische analyse van enkele nanodeeltjes is een directe methode voor het begrijpen van de intrinsieke chemische en elektrochemische processen op de nanoschaal-niveau. Om te bereiken hooggevoelige metingen van één nanodeeltjes, zijn twee benaderingen van de elektrochemische eerder toegepast om te lezen uit nanoparticle informatie van huidige reacties^5,–^6,7. Een van deze benaderingen omvat immobilizing of het vastleggen van een individuele nanoparticle op de interface van de nanoelectrode voor de studie van electrocatalysis^8,9. De andere strategie wordt gedreven door één nanoparticle botsing met het oppervlak van een elektrode, die een voorbijgaande huidige schommeling van de dynamische redox-proces genereert.

Beide van deze methoden vereisen een nanoschaal-ultrasensitive sensing-interface die overeenkomt met de diameter van enkele nanodeeltjes. Traditionele fabricatie van nanoelectrodes heeft echter voornamelijk opgenomen de micro-elektromechanische systemen (MEMS) of laser trekken van technieken die vervelend en undisciplinable^{10,11,12zijn, 13}. Bijvoorbeeld MEMS gebaseerde fabricage van nanoelectrodes is duur en vereist het gebruik van een schone kamer, de massale productie en de popularisering van de nanoelectrodes te beperken. Aan de andere kant, afhankelijk laser trekken van de fabricage van nanoelectrodes sterk van ervaring van de exploitanten tijdens de verzegeling en het trekken van een metalen draad binnen het capillair. Als de metalen draad niet goed afgesloten in het capillair, kan de kloof tussen de binnenwand van de nanopipette en draad dramatisch introduceren van overtollige huidige achtergrondgeluiden en vergroten van de electroactive sensing gebied. Deze nadelen verlagen grotendeels de gevoeligheid van de nanoelectrode. Aan de andere kant, kan het bestaan van een kloof te vergroten op het gebied van de elektrode en verminderen van de gevoeligheid van de nanoelectrode. Dientengevolge, is het moeilijk te garanderen een reproduceerbare prestaties als gevolg van de oncontroleerbare elektrode morphologies in elke fabricage proces^14,15. De methode van een algemene fabricage van nanoelectrodes met uitstekende reproduceerbaarheid is daarom dringend nodig om elektrochemische verkenning van de intrinsieke eigenschappen van één nanodeeltjes.

Onlangs, de nanopore-techniek is ontwikkeld als een elegante en label-vrije benadering voor enkel molecuul analyse^{16,17,18,19,20}. Vanwege zijn controleerbaar fabricage biedt de nanopipette een opsluiting nanoschaal, met een uniforme diameter variërend van 30-200 nm in een laser de trekker van de capillaire^21,22,23,24 . Bovendien zorgt deze eenvoudige en reproduceerbare fabricage-procedure voor de veralgemening van de nanopipette. Onlangs, hebben wij voorgesteld een draadloze nanopore-elektrode (WNE), die de afdichting van een metalen draad binnen de nanopipette niet vereist. Via een facile en reproduceerbare Productie-procédé bezit het WNE een afzetting nanoschaal metalen binnen de nanopipette vormen een electroactive interface^25,26,27,28 . Aangezien de WNE beschikt over een goed gedefinieerde structuur en uniforme morfologie van het straatkind, behaalt het hoge resolutie, evenals de constante lage weerstand-capaciteit (RC) voor het uitvoeren van hoge temporele resolutie. Eerder berichtten we twee soorten WNEs, open-type en gesloten type, voor het realiseren van eenheid analyse. De open-type WNE maakt gebruik van een nanometal laag gestort op de binnenwand van een nanopipette, die de faradic stroom van één enkele entiteit naar de Ionische huidige reactie^{26 converteert}. De diameter van een open-type WNE is meestal rond de 100 nm. Als u wilt verder verlagen de diameter van WNE, presenteerden we de gesloten type WNE, waarin een solide metalen nanotip volledig in beslag het uiteinde van de nanopipette door middel van een chemische stof-elektrochemische aanpak neemt. Deze methode kan snel genereren een 30 nm gouden nanotip binnen een nanopore opsluiting. De welomschreven interface op het gebied van de tip van een gesloten type WNE zorgt voor een hoge signaal-/ ruisverhouding voor elektrochemische metingen van één nanodeeltjes. Als een opgeladen gouden nanoparticle met de gesloten type WNE botst, induceert een ultrasnelle opladen-ontladen proces op het raakvlak van tip een capacitieve reactie (CFR) in de Ionische huidige trace. In vergelijking met een eerdere één nanoparticle botsing studie via een nanoelectrode met metalen draad binnen²⁹, toonde de gesloten type WNE een hogere resolutie voor 0.6 pA ± 0,1 pA (RMS) en de hogere temporele resolutie van 0,01 ms.

Hierin beschrijven we een gedetailleerde fabricage-procedure voor een gesloten type WNE die heeft zeer gecontroleerd afmetingen en uitstekende reproduceerbaarheid. In dit protocol, een eenvoudige reactie tussen AuCl₄^– en BH₄^– is ontworpen voor het genereren van een gouden nanotip die volledig de opening van een nanopipette blokkeert. Dan wordt bipolaire elektrochemie vastgesteld voor continue groei van een gouden nanotip, die de lengte van verschillende micrometer valt binnen de nanopipette bereikt. Deze eenvoudige procedure kunt de uitvoering van de fabricage van deze nanoelectrode, die kan worden uitgevoerd in een laboratorium dat algemene chemie zonder een schone kamer en dure apparatuur. Om te bepalen van de grootte, de morfologie en de innerlijke structuur van een gesloten type WNE, voorziet dit protocol in een procedure van de gedetailleerde karakterisering met gebruik van een Scannende Elektronen Microscoop (SEM) en fluorescentiespectroscopie. Een recent voorbeeld is gemarkeerd, welke maatregelen direct de intrinsieke en dynamische interacties tussen gouden nanodeeltjes (AuNPs) naar de nanointerface van een gesloten type WNE botsen. Wij zijn van mening dat de gesloten type WNE een nieuw pad voor toekomstige elektrochemische studies van levende cellen, nanomaterialen en sensoren op single-entiteit niveaus kan vrijmaken.