Um eletrodo de Nanopore sem fio fechado-tipo de análise de nanopartículas única

Nanopartículas têm atraído grande atenção devido a diversas características tais como a sua capacidade catalítica, características ópticas, electroactivity e elevados rácios de superfície e o volume^{1,2,3, 4}. Análise Eletroquímica de nanopartículas única é um método direto para compreender os processos químicos e eletroquímicos intrínsecos a nível de escala nanométrica. Para obter medições altamente sensíveis de nanopartículas única, duas abordagens eletroquímicas foram aplicadas anteriormente para ler informações de nanopartículas de atual respostas^5,6,7. Dentre essas abordagens envolve imobilizando ou capturar uma nanopartícula individual na interface do nanoelectrode para o estudo de electrocatalysis^8,9. A outra estratégia é impulsionada por nanopartículas única colisão com a superfície de um eletrodo, que gera uma flutuação transitória atual do processo dinâmico de redox.

Ambos os métodos requerem uma interface sensor ultra-sensível nanoescala que coincide com o diâmetro de nanopartículas único. No entanto, fabricação tradicional de nanoelectrodes principalmente incorporou os sistemas microeletromecânicos (MEMS) ou laser puxando técnicas, que são entediantes e undisciplinable^{10,11,12, 13}. Por exemplo, fabricação de MEMS-baseado de nanoelectrodes é cara e exige o uso de uma sala limpa, restringindo a produção em massa e popularização do nanoelectrodes. Por outro lado, laser puxando a fabricação de nanoelectrodes baseia-se fortemente na experiência dos operadores durante a selagem e puxar um fio de metal dentro do capilar. Se não bem fechado no capilar, o fio de metal a lacuna entre a parede interna do nanopipette e o fio pode introduzir ruído de fundo em excesso atual dramaticamente e ampliar o eletroativos Detetando a área. Estas desvantagens principalmente diminuem a sensibilidade do nanoelectrode. Por outro lado, a existência de uma lacuna pode aumentar a área do eletrodo e reduzir a sensibilidade do nanoelectrode. Como consequência, é difícil garantir um desempenho reprodutível devido as morfologias incontrolável eléctrodo em cada processo de fabricação^14,15. Portanto, um método de fabricação geral de nanoelectrodes com excelente reprodutibilidade é urgentemente necessária para facilitar a exploração eletroquímica das características intrínsecas de nanopartículas única.

Recentemente, a técnica de nanopore foi desenvolvida como uma abordagem elegante e livre de rótulo para única molécula análise^{16,17,18,19,20}. Devido à sua fabricação controlável, o nanopipette fornece um confinamento de escala nanométrica, com um diâmetro uniforme, variando de 30-200 nm por um laser capilar extrator^21,22,23,24 . Além disso, este procedimento de fabricação simples e reprodutível garante a generalização da nanopipette. Recentemente, propusemos um eletrodo de nanopore sem fio (WNE), que não exige a selagem de um fio de metal dentro do nanopipette. Através de um processo de fabricação facile e reprodutível, o WNE possui um depósito de metal de nanoescala dentro do nanopipette para formar um eletroativos interface^25,26,27,28 . Desde que o WNE possui uma estrutura bem definida e morfologia uniforme de seu confinamento, alcança alta resolução atual, bem como a constante de tempo de baixa resistência-capacitância (RC) para a realização de alta resolução temporal. Nós relatamos anteriormente dois tipos de WNEs, tipo aberto e fechado-tipo, para a realização de análise de entidade única. O tipo aberto WNE emprega uma camada nanometal depositada na parede interna de uma nanopipette, que converte a corrente farádica de uma única entidade para o iônico de resposta atual²⁶. Geralmente, o diâmetro de um tipo aberto WNE é cerca de 100 nm. Para diminuir ainda mais o diâmetro do WNE, apresentamos o WNE de tipo fechado, em que um nanotip de metal sólido ocupa totalmente a ponta de nanopipette através de uma abordagem química-eletroquímica. Esse método pode rapidamente gerar um 30 nm ouro nanotip dentro de um confinamento de nanopore. A interface bem definida na área da ponta de um tipo fechado WNE garante uma relação sinal-ruído elevada para medições eletroquímicas de nanopartículas única. Como uma nanopartículas de ouro carregada colide com o WNE de tipo fechado, um processo de carga-descarga ultra rápido na interface ponta induz uma resposta de feedback capacitivo (CFR) no rastreamento atual iônica. Comparado a um anterior nanopartículas única colisão estudo através de um nanoelectrode com metal fio dentro de²⁹, o tipo fechado WNE mostrou uma maior resolução atual do pA de ± 0,1 0,6 pA (RMS) e a maior resolução temporal de 0,01 ms.

Aqui, descrevemos um procedimento de fabricação detalhada para um tipo fechado WNE que controlou altamente dimensões e excelente reprodutibilidade. No presente protocolo, uma reação simples entre AuCl₄^– e BH₄^– é projetado para gerar um nanotip de ouro que bloqueia completamente o orifício de um nanopipette. Então, bipolar eletroquímica é adotada para o crescimento contínuo de uma nanotip de ouro que atinge o comprimento de vários micrômetros dentro do nanopipette. Este procedimento simples permite a implementação desta fabricação de nanoelectrode, que pode ser realizada em qualquer laboratório de química geral sem um equipamento caro e sala limpa. Para determinar o tamanho, morfologia e estrutura interna de um tipo fechado WNE, este protocolo fornece um procedimento de caracterização detalhada com o uso de um microscópio eletrônico de varredura (MEV) e espectroscopia de fluorescência. Um exemplo recente é destacado, que mede diretamente as interações intrínsecas e dinâmicas de nanopartículas de ouro (AuNPs) colidindo em direção a nanointerface de um tipo fechado WNE. Acreditamos que o tipo fechado WNE pode abrir um novo caminho para futuros estudos eletroquímicos de células vivas, nanomateriais e sensores de nível único-entidade.