نحن نعترف الدعم من جانب العلوم الطبيعية والهندسة مجلس البحوث كندا، والمؤسسة الكندية للإبداع، وصندوق البحوث أونتاريو. نشكر Y. ليو للحصول على مساعدات في تصنيع النانو وتوصيف، L. Andrzejewski للمناقشات قيمة والدعم التقني، وA. Marziali للمساعدة مع برنامج النانو وتصميم الأجهزة.

1. تصنيع النانو وتنظيف ملاحظة: بمجرد وجود ثقب النانو في غشاء العزل، ويمكن تركيبها مباشرة في الخلية السائلة دون مزيد من المعالجة أو التنظيف، كما هو موضح في الخطوة 2. ومع ذلك، إذا كان ذلك ضروريا لإزالة آثار الملوثات بين التجارب، ورقائق النانو يمكن تنظيفها باستخدام إما سمكة البيرانا حل 3،15،16 (3:1 H 2 SO 4: H 2 O 2) أو عن طريق التعرض للأكسجين البلازما 2. على هذا النحو، الخطوات 1،2-1،9 في البروتوكول التالي اختيارية إذا الخشنة تنقية عن التعرض لحل سمكة البيرانا ليست ضرورية. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ديغا تصفيتها منزوع الأيونات (DI) الماء عن طريق وضع تحت فراغ في sonicator لمدة 30 دقيقة عند 40 درجة مئوية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد الحل البيرانا في دورق 10 مل بإضافة بعناية 3 مل حمض الكبريتيك تليها 1 مل بيروكسيد الهيدروجين. مزيج دقيق من قبل التكثيف الراجع في ماصة. تحذير: حل سمكة البيرانا الخطرة للغاية. يرجى تا<html> كه جميع الاحتياطات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام الملقط مقاومة للحامض، وإدراج بعناية رقاقة غشاء المحتوية على الحافة ثقب النانو لأول مرة في حل سمكة البيرانا ليغرق تماما في رقاقة وتجنب ذلك تطفو على السطح. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف جيدا في الماء ملاقط تصفيتها. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضع الكأس على الساخن لوحة مسبقا إلى 90 درجة مئوية واتركه لتنظيف لمدة 30 دقيقة على الأقل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة بعناية الحل البيرانا من الدورق باستخدام ماصة زجاجية نظيفة وتجاهل في كميات وفيرة من المياه. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام ماصة زجاجية نظيفة إضافة 5 مل من الماء منزوع الأيونات degassed من الخطوة 1.1 في الدورق لشطف. إزالة المياه وتكرار على الأقل 5X. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة بعناية رقاقة ثقب النانو من الدورق باستخدام الملقط حادة نظيفة طرف. التعامل مع الحذر الشديد كما غشاء النانو هي هشة للغاية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تجفيف رقاقة من خلال تطبيق بلطف الشفط لحافته باستخدام الشافطة. تخزين رقاقة في طبق بتري نظيفة حتى جاهزة للاستخدام. </li></ol>ve_title &quot;&gt; 2. تركيب وثقب النانو <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنظيف ثقب النانو خلية تفلون (الشكل 1) عن طريق وضع في 20٪ من محلول حمض النيتريك والمغلي لمدة 10 دقائق. تنبيه: استخدم جميع معدات الوقاية الشخصية اللازمة والتعامل مع الأحماض مع الرعاية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة بعناية الخلية من حامض النيتريك وضعها في الماء المغلي لمدة 10 دقيقة DI. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تغلي الخلية في الماء DI لمدة 10 دقيقة إضافية لضمان إزالة كاملة من حمض النتريك. إزالة كوب من طبق ساخن واتركه ليبرد إلى درجة حرارة الغرفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة الخلية من الكأس وضربة الجافة مع الهواء تصفيتها أو N 2. تخزين الخلية في طبق بتري نظيفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ديغا تصفيتها بوكل حل (مخزنة مع HEPES في درجة الحموضة 8) عن طريق وضع تحت فراغ في sonicator لمدة 30 دقيقة عند 40 درجة مئوية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نظيفة اثنين جوانات سيليكون المطاط الصناعي لكل رقاقة ثقب النانو من قبل sonicating في الإيثانول لمدة 10 دقيقة على الأقل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع رقاقة ثقب النانو على نظيفة المطاط الصناعي طوقا يجري يتنبهل لمحاذاة النافذة الغشاء مع افتتاح حشية. وضع ومواءمة طوقا الثانية فوق الرقائق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع رقاقة وحشيات على مدخل الخزان من نصف الخلية ثقب النانو تنظيفها. تجميع الخلية عن طريق الشد والنصف الآخر في المكان. يتم عرض وجهة نظر انفجرت من مكونات الخلية ثقب النانو في الشكل 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الرطب رقاقة ثقب النانو من قبل pipetting الإيثانول في خزانات الخلية ووضع في فراغ الغرفة حتى وينظر عدد قليل من الفقاعات للخروج من مداخل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة الإيثانول عن طريق التنظيف الخزانات مع 3 مل على الأقل degassed تصفيتها حل بوكل. الحرص على إزالة الفائض باستخدام الشافطة. </li></ol> 3. ثقب النانو توصيف <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع الخلية ثقب النانو في الإعداد التجريبية محمية كهربائيا ووضع الأقطاب حج / أجكل في كل خزان. هذا الإعداد هو مماثلة لتلك التي تظهر في الشكل 2 مع استثناء من امدادات الطاقة الخارجية ومكبر للصوت الحالي والتي هياستبدال منخفضة الضوضاء ردود فعل مقاوم مكبر للصوت. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام مكبر للصوت منخفض الضوضاء في وضع الجهد المشبك، وتطبيق الإمكانيات التي تجتاح من -200 إلى +200 بالسيارات بالسيارات وتسجيل الخصائص الرابع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تناسب المنحنى الرابع للحصول على تصرف ثقب النانو، والتي يمكن استخدامها لحساب قطر في حل 17. إذا كان القطر المحسوب هو أصغر بكثير مما كان متوقعا من تيم التصوير، هو المسام من المحتمل أن لا المبللة تماما و / أو يحتوي على الحطام أو التلوث. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطبيق بالسيارات المحتملة عبر ثقب النانو 200 وتسجيل الأيونية الحالية لمدة 30 ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إجراء كثافة الطاقة الطيفية (PSD) تحليل التيار الأيونية ودمج لقياس خصائص التشويش الكهربائي من ثقب النانو. إذا كان الضجيج هو فوق 15 RMS السلطة الفلسطينية في 5 كيلو هرتز عرض النطاق الترددي، ثم هو المسام من المحتمل أن لا المبللة تماما و / أو يحتوي على التلوث والتي لا يمكن استخدامها بشكل صحيح في التجربة. </li></ol> 4. تكييف ثقوب النانو عن طريق التعبير عن عدم الرضا السامي الكهربائيةلدس ملاحظة: إذا كان منحنى الرابع ولدت التماثل المعروضة أو أقل من المتوقع تصرف، أو أظهرت التتبع الحالي مستويات الضوضاء العالية وعدم الاستقرار في الترددات المنخفضة، فمن الضروري إلى حالة من ثقب النانو مع المجالات الكهربائية عالية لإزالة أي تلوث على المسام السطح و / أو الرطب المسام. في حين أن هذا الأسلوب لا يؤثر على الضوضاء عالية التردد الناجمة عن السعة غشاء أو أي جانب السعة الطفيلية إلى مدخلات من مكبر للصوت الحالية المستخدمة في القياسات، ضوضاء منخفضة التردد (وتسمى أيضا الضوضاء 1 / و) 18 يمكن تقلص إلى حد كبير. ويرد التخطيطي من الإعداد المستخدم لتنفيذ هذا تكييف في الشكل 2. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فصل أقطاب من مكبر للصوت التصحيح، المشبك. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط واحدة من الأقطاب الكهربائية إلى الكمبيوتر التي تسيطر عليها امدادات الطاقة قادرة على توليد&gt; 6 V (&gt; 0.2 V / نانومتر شدة المجال الكهربائي لأغشية سميكة 30 نانومتر المستخدمة هنا) والآخر إلى البريدxternal مكبر للصوت الحالية التي يمكن رصدها في الوقت الحقيقي. ملاحظة: التطبيق من المجالات الكهربائية عالية يمكن استخدامها لشرط ثقوب النانو في مختلف المواد وسمك الغشاء. بينما ناقش كل من 30 نانومتر و 10 نانومتر الأغشية هنا، الفولتية وصفها الرجوع إلى تلك المستخدمة لمدة 30 نانومتر أغشية سميكة، ما لم ينص على خلاف ذلك. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطبيق فرق الجهد من 400 فولت (قياس الجهد) عبر ثقب النانو لا يقل عن 5 ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حساب القيمة الحالية يعني من المباراة النهائية 1 ثانية من البيانات لتحديد تصرف من ثقب النانو. حساب قطر ثقب النانو على أساس هذا تصرف، والتي ينبغي أن يتم تلقائيا باستخدام برنامج ونموذج تصرف ثقب النانو الاختيار على أساس الهندسة الأرجح. يجب أن تتوافق مع قطر يقاس من المنحنى الرابع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطبيق 200 ميللي ثانية النبض من 6 V (ترطيب الجهد) عبر ثقب النانو لإنتاج الحقل الكهربائي من 0.2 V / نانومتر تليها فترة القياس 5 ثانيةفي 400 بالسيارات. مرة أخرى، وحساب قطر من ثقب النانو باستخدام النهائية 1 ثانية من البيانات ومقارنتها مع القيمة المتوقعة من القياسات تيم للتأكد من أن ثقب النانو هو الرطب بالكامل. إذا لزم الأمر، كرر عدة مرات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إذا لزم الأمر، كرر تطبيق نبضات حقل كهربائي عال مع زيادة الجهد حتى إشارة الحالي خلال فترة القياس مستقرة وتبين تصرف متوقع. فمن غير المستحسن أن يتجاوز 10 V (أي&gt; 0.3 V / نانومتر)، وهذا يمكن أن تكبر إلى حد كبير أو تلف ثقب النانو بسرعة. </li></ol> 5. توسيع ثقوب النانو باستخدام المجالات الكهربائية عالية ملاحظة: القطر من ثقب النانو أمر حاسم في تحديد وظائفه لتطبيق معين الاستشعار الجزيئية البيولوجية. تحقيقا لهذه الغاية، وخلق ثقب النانو باستخدام يمكن توسيعها لTEM إلى الحجم المطلوب عن طريق تطبيق حقول كهربائية عالية حتى يتحقق القطر المناسبة مع نفس الإعداد تستخدم لتنظيف والرطبثقب النانو (الشكل 2). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام التكوين الإلكترونية نفسها كما في الجزء 4، وتطبيق 200-500 بالسيارات التحيز عبر المسام للحصول على قياس القطر. في حين أن أقل دقة من المناسب منحنى الرابع، وهو قياس نقطة واحدة يمكن استخدامها لتقدير تقريبا حجم ثقب النانو بسرعة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطبيق نبضة 2 ثانية من 8 V عبر ثقب النانو تليها فترة قياس لا يقل عن 5 ثانية في 400 بالسيارات. سوف حساب قطر الجديدة عادة ما تظهر زيادة صغيرة جدا في حجم النانو (&lt;0.1 نانومتر). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كرر هذه العملية دوريا بالتناوب بين التوسيع وقياس الفولتية الحصول عليها في الموقع والقياسات في الوقت الحقيقي من زيادة قطر ثقب النانو. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إذا أسرع معدل نمو غير مرغوب فيه، وزيادة حجم الجهد تطبيقها تدريجيا تصل إلى 10 V. النمو سوف يتسارع وعادة ما يوسع المسام مع معدل الزيادة في تصرف تتراوح بين 0.03 م / ث EC &amp; #160؛ إلى 10 نانوثانية / ثانية، اعتمادا على حجم ثقب النانو، قوة الحقل الكهربائي وخصائص حل بالكهرباء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عندما يتم التوصل إلى القطر المطلوب، ووقف تطبيق مجالات كهربائية عالية. ويمكن القيام بذلك تلقائيا باستخدام برنامج كمبيوتر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعادة توصيل مكبر للصوت التصحيح، المشبك إلى الأقطاب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> رابعا اكتساب جديدة وبيانات التتبع الحالي في 200 بالسيارات لتأكيد القطر من ثقب النانو والتحقق من الإشارات الحالية منخفضة الضوضاء كما في الخطوات 3،2-3،5 أعلاه. إذا لزم الأمر، كرر تكييف وتوسيع بروتوكول (الخطوات 4،1-5،5). </li></ol> 6. الحمض النووي إزفاء <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قبل إضافة عينة الجزيئية البيولوجية، تنفيذ تجربة الرقابة لضمان عدم وجود أي تلوث في الخزان. الحصول على التتبع الحالية تحت إمكانات تطبيقها من 150-300 بالسيارات في غياب أي عينة للتحقق من عدم وجود الحصار الحالي يتم الكشف عنها بعد 2 دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة الحمض النووي λ (48.5 KBP الذين تقطعت بهم السبل المزدوج) إلى &lt;م&gt; خزان رابطة الدول المستقلة لتركيز النهائي من 0.5-2 نانوغرام / ميكرولتر. ارتداد بلطف ماصة لمدة 10 ثانية على الأقل لضمان توزيع متجانس من العينة في جميع أنحاء الخزان. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ل30 نانومتر ثقب النانو سميكة، وتطبيق التحيز المحتمل من 150-300 بالسيارات إلى الخزان عبر وقياس الحالية الأيونية التي تمر عبر ثقب النانو. للأحداث إزفاء قصيرة جدا، فمن المستحسن أن يجرب في ذات تردد عال (250 كيلو هرتز أو أكبر) مع تمرير منخفض التردد تصفية عالية نسبيا (100 كيلو هرتز). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> رصد التيار الأيونية باستخدام برنامج للكشف عن الحصار الحالي عابرة كما نقل من جزيئات من خلال ثقب النانو. ويمكن تحليل آثار الحالية الأيونية من إزفاء الجزيئية لتحديد عمق انسداد ومدة ووتيرة لاستنتاج المعلومات حول عينة من الفائدة. على العكس، إذا كانت المعلومات عن الجزيئات translocating هو معروف، هذه البيانات يمكن استخدامها لتحقيق خصائص النانو نفسها. </li></ol>

<ol>
	<li>Venkatesan, B. M., Bashir, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanopore+sensors+for+nucleic+acid+analysis.">Nanopore sensors for nucleic acid analysis.</a> Nat. Nanotechnol. 6 (10), 615-624 (2011).</li><li>Smeets, R. M. M., Keyser, U. F., Dekker, N. H., Dekker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noise+in+Solid-State+Nanopores.">Noise in Solid-State Nanopores.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (2), 417-421 (2008).</li><li>Tabard-Cossa, V., Trivedi, D., Wiggin, M., Jetha, N. N., Marziali, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noise+analysis+and+reduction+in+solid-state+nanopores.">Noise analysis and reduction in solid-state nanopores.</a> Nanotechnology. 18, 4484-4418 (2007).</li><li>Wu, M. -. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+Shape+and+Material+Composition+of+Solid-State+Nanopores.">Control of Shape and Material Composition of Solid-State Nanopores.</a> Nano Lett. 9 (1), 479-484 (2009).</li><li>Prabhu, A. S., Freedman, K. J., Robertson, J. W. F., Nikolov, Z., Kasianowicz, J. J., Kim, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SEM-induced+shrinking+of+solid-state+nanopores+for+single+molecule+detection.">SEM-induced shrinking of solid-state nanopores for single molecule detection.</a> Nanotechnology. 22, 425302 (2011).</li><li>Li, J., Stein, D., McMullan, C., Branton, D., Aziz, M. J., Golovchenko, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion-beam+sculpting+at+nanometre+length+scales.">Ion-beam sculpting at nanometre length scales.</a> Nature. 412 (6843), 166-169 (2001).</li><li>Rosenstein, J. K., Wanunu, M., Merchant, C. A., Drndic, M., Shepard, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrated+nanopore+sensing+platform+with+sub-microsecond+temporal+resolution.">Integrated nanopore sensing platform with sub-microsecond temporal resolution.</a> Nat. Methods. 9 (5), 487-492 (2012).</li><li>Vanden Hout, M., Hall, A. R., Wu, M. Y., Zandbergen, H. W., Dekker, C., Dekker, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+nanopore+size,+shape+and+stability.">Controlling nanopore size, shape and stability.</a> Nanotechnology. 21, 115304 (2010).</li><li>Li, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Size+evolution+and+surface+characterization+of+solid-state+nanopores+in+different+aqueous+solutions.">Size evolution and surface characterization of solid-state nanopores in different aqueous solutions.</a> Nanoscale. 4 (5), 1572-1576 (2012).</li><li>Smeets, R., Dekker, N., Dekker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-frequency+noise+in+solid-state+nanopores.">Low-frequency noise in solid-state nanopores.</a> Nanotechnology. 20, 095501 (2009).</li><li>Beamish, E., Kwok, H., Tabard-Cossa, V., Godin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precise+control+of+the+size+and+noise+of+solid-state+nanopores+using+high+electric+fields.">Precise control of the size and noise of solid-state nanopores using high electric fields.</a> Nanotechnology. 23 (40), 405301 (2012).</li><li>Smeets, R. M. M., Keyser, U. F., Wu, M. Y., Dekker, N. H., Dekker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanobubbles+in+Solid-State+Nanopores.">Nanobubbles in Solid-State Nanopores.</a> Phys. Rev. Lett. 97 (8), 088101 (2006).</li><li>Niedzwiecki, D. J., Grazul, J., Movileanu, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-Molecule+Observation+of+Protein+Adsorption+onto+an+Inorganic+Surface.">Single-Molecule Observation of Protein Adsorption onto an Inorganic Surface.</a> J. Am. Chem. Soc. 132 (31), 10816-10822 (2010).</li><li>Niedzwiecki, D. J., Movileanu, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+Protein+Adsorption+with+Solid-state+Nanopores.">Monitoring Protein Adsorption with Solid-state Nanopores.</a> J. Vis. Exp. (58), e3560 (2011).</li><li>Wanunu, M., Meller, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Single-molecule analysis of nucleic acids and DNA-protein interactions. Single-molecule techniques: a laboratory manual. , 395-420 (2008).</li><li>Tabard-Cossa, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Instrumentation+for+Low-Noise+High-Bandwidth+Nanopore+Recording.">Instrumentation for Low-Noise High-Bandwidth Nanopore Recording.</a> Engineered Nanopores for Bioanalytical Applications. , 59-93 (2013).</li><li>Kowalczyk, S. W., Grosberg, A. Y., Rabin, Y., Dekker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+the+conductance+and+DNA+blockade+of+solid-state+nanopores.">Modeling the conductance and DNA blockade of solid-state nanopores.</a> Nanotechnology. 22 (31), 315101 (2011).</li><li>Siwy, Z., Fuli&#324;ski, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Origin+of+1/f&#945;+Noise+in+Membrane+Channel+Currents.">Origin of 1/f&#945; Noise in Membrane Channel Currents.</a> Phys. Rev. Lett. 89 (15), 158101 (2002).</li><li>Liebes, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstructing+solid+state+nanopore+shape+from+electrical+measurements.">Reconstructing solid state nanopore shape from electrical measurements.</a> Appl. Phys. Lett. 97 (22), 223105 (2010).</li><li>Kim, M. J., Wanunu, M., Bell, D. C., Meller, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+Fabrication+of+Uniformly+Sized+Nanopores+and+Nanopore+Arrays+for+Parallel+DNA+Analysis.">Rapid Fabrication of Uniformly Sized Nanopores and Nanopore Arrays for Parallel DNA Analysis.</a> Adv. Mater. 18 (23), 3149-3153 (2006).</li><li>Smeets, R. M. M., Keyser, U. F., Krapf, D., Wu, M. -. Y., Dekker, N. H., Salt Dekker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dependence+of+Ion+Transport+and+DNA+Translocation+through+Solid-State+Nanopores.">Dependence of Ion Transport and DNA Translocation through Solid-State Nanopores.</a> Nano Lett. 6 (1), 89-95 (2006).</li><li>Wanunu, M., Dadosh, T., Ray, V., Jin, J., McReynolds, L., Drndi&#263;, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+electronic+detection+of+probe-specific+microRNAs+using+thin+nanopore+sensors.">Rapid electronic detection of probe-specific microRNAs using thin nanopore sensors.</a> Nat. Nanotechnol. 5 (11), 807-814 (2010).</li><li>Dekker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solid-state+nanopores.">Solid-state nanopores.</a> Nat. Nanotechnol. 2 (4), 209-215 (2007).</li><li>Powell, M. R., Cleary, L., Davenport, M., Shea, K. J., Siwy, Z. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electric-field-induced+wetting+and+dewetting+in+single+hydrophobic+nanopores.">Electric-field-induced wetting and dewetting in single hydrophobic nanopores.</a> Nat. Nanotechnol. 6 (12), 798-802 (2011).</li><li>Egerton, R. F., Li, P., Malac, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiation+damage+in+the+TEM+and+SEM.">Radiation damage in the TEM and SEM.</a> Micron. 35 (6), 399-409 (2004).</li></ol>

والكتاب ليس لديهم ما يكشف.

السيطرة على حجم ثقب النانو هي ذات أهمية أساسية في تطبيقات الاستشعار الجزيئية البيولوجية. يجب أن يكون أقطار ثقب النانو بناء على أمر من حجم الجزيئات التي يجرى التحقيق فيها، بل يجب أن تكون كبيرة بما يكفي لاستيعاب العينة ولكن صغيرة بما يكفي لتحقيق الضوضاء إشارة إلى المستوى الأمثل. في حين أن السيطرة على حجم باستخدام طريقة عرض تطبيق المجالات الكهربائية عالية في اتجاه واحد في تلك الأقطار ثقب النانو هي زيادة فقط في جميع أنحاء هذه العملية، يمكن ثقوب النانو بأقطار بين 3-100 نانومتر يكون الطراز، مع الدقة subnanometer. كما 3-4 المسام نانومتر يمكن أن تكون ملفقة بسهولة باستخدام TEM 23، وهذا يسمح لتصنيع موثوقة من ثقوب النانو الحالة الصلبة لمجموعة واسعة من التطبيقات من التحقيق هيكل ssDNA للتفاعل المجمعات البروتين يجند ضخمة. في حين أن النمو ثقب النانو فوق 100 نانومتر يمكن أن تكون سريعة جدا وأقل دقة، وظروف توسيع أكثر اعتدالا يمكن توظيفها لتحقيق سيطرة أفضل على العملية. كما قاوك، أهم خطوة لتحقيق التحكم في حجم فعالة هو اختيار قوة النبض ومدتها من أجل تحقيق التوازن الكفاءة تضخيم ومستوى الدقة المطلوبة في تحقيق قطر المسام المطلوب. ويزيد من إبراز ذلك من خلال توسيع ثقوب النانو أرق (سمك 10 نانومتر)، حيث لوحظ تضخم تحيز أقل ولكن مقارنة قوة الحقل الكهربائي. اعتمادا على الحجم النهائي، فمن الممكن عموما لتكبير ثقب النانو لأقطار شبه 100 نانومتر في بضع دقائق. وبالمثل، التقلبات الحالية التردد المنخفض كبيرة تحول دون دراسات جزيء واحد لأنه يكاد يكون من المستحيل تمييز إشارات إزفاء من الضوضاء في الخلفية. التبول غير مكتملة 24، وجود بقايا كربونية المتبقية بعد التصنيع الأولي 25 و الامتزاز من الحطام على الجدار ثقب النانو 13 يمكن أن تتحلل جودة الإشارة، الأمر الذي يتطلب تنظيف إضافية مع العلاجات الكيميائية القاسية التي غالبا ما تكون طnefficacious. ومن المثير للاهتمام، فإنه من الشائع للبروتوكولات ثقب النانو الحالة الصلبة إلى التأكيد على أهمية تنظيف ثقب النانو في حل سمكة البيرانا أو البلازما مع الأكسجين قبل التركيب لمساعدة ترطيب أو إزالة أي تلوث من مخلفات عمليات الحفر والتصوير والتعامل معها. حتى مع هذا العلاج، ولكن في كثير من الأحيان لا ثقوب النانو الرطب أو مواصلة إبداء ضوضاء عالية، والحل المقترح لمحاولات فاشلة هو إجراء التنظيف الإضافية التي يمكن أن تستغرق وقتا طويلا جدا 14. مع تطبيق مجالات كهربائية عالية، قد لا تكون هذه البروتوكولات مطولة اللازمة اعتمادا على التطبيق. تبين أن معظم الأجهزة يمكن مجددة في الموقع باستخدام الطريقة الموصوفة في هذه الوثيقة، وبالتالي تقليل الوقت اللازم لإعداد والحاجة للتعامل مع المواد الكيميائية القاسية. أهم الخطوات في تخفيف الضجيج الكهربائي هو زيادة بسيطة في الجهد و / أو مدة النبضة الرطب تماما المسام وإزالة الأنقاض ملزمة فضفاضة.يمكن موثوق ثقوب النانو يعامل بهذه الطريقة يمكن استخدامها في التجارب إزفاء جزيء حيوي، مثل مرور الحمض النووي والبروتينات. إذا كانت هذه الجزيئات التمسك جدار المسام مما يؤدي إلى إشارة كهربائية انسداد وصاخبة، والبقول الحقل الكهربائي عالية يمكن إعادة استخدامها لإزالة انسداد واستعادة خصائص منخفضة الضوضاء لمزيد من التجريب، دون إزالة تجهيز للرقاقة ثقب النانو من الخلية فلويديك. تطبيق مجالات كهربائية عالية باستخدام الإعداد وصفها محدودة بسبب اشتراط وجود امدادات الطاقة الخارجية التي يمكن أن تنطبق تصل إلى 10 V ومكبر للصوت الحالي، والتي تفتقر إلى الحساسية وخصائص منخفضة الضوضاء في النطاق الترددي العالي (&gt; 1 كيلو هرتز) ل الاستشعار عن جزيء واحد. بينما التجارب الجزيئية البيولوجية نموذجية تعتمد على مكبر للصوت الضوضاء المنخفضة الحالية التي تقتصر على ± 1 V، فإنه واضح ومباشر لتصميم نظام واحد يمكن أن تنجز على حد سواء الكهربائية عالية تكييف الميدان والقياس الحالي الحساسة مع adjuمكاسب مستقرة. على الرغم من هذا القيد، والانتقال من الإعداد واحدة إلى أخرى سريعة ومباشرة. بالمقارنة مع التقنيات الحالية للسيطرة على حجم ثقب النانو مثل استخدام SEM 5، الأكسدة الحرارية والأغشية إعادة تشكيل 8، المجالات الكهربائية عالية توفر منهجية أسرع وأكثر دقة وأقل تكلفة التي يمكن القيام بها على مقاعد البدلاء المختبر باستخدام المعدات القياسية وتوفير مجموعة واسعة من الأحجام ثقب النانو. القدرة بسرعة وبتكاثر للحد من الضوضاء التردد المنخفض أيضا يجعل تصنيع الأولي أكثر موثوقية ويطيل عمر ثقوب النانو الحالة الصلبة، كما المسام المستخدمة سابقا يمكن شبابها لمزيد من التجارب. تماما، أكثر من 95٪ من ثقوب النانو من سمك متفاوتة مكيفة مع المجالات الكهربائية عالية أظهرت القليل جدا مميزة ضوضاء منخفضة التردد، مما يجعلها مناسبة لجزيء حيوي الاستشعار عن بعد. تلفيق وبالتالي أسهل وأكثر موثوقية، مما يجعل التجارب ثقب النانو الحالة الصلبة أكثر accessiبلي للباحثين وربما السماح للمسار نحو تسويق التكنولوجيات ثقب النانو من خلال عمليات تصنيع أكثر قوة.

توفير ثقوب النانو الحالة الصلبة البيولوجية ووسائل الاستشعار عن بعد التحاليل البيولوجية في الجزيء مستوى واحد 1. وعادة ما تكون جزءا لا يتجزأ من ثقوب النانو الفردية في أغشية رقيقة عازلة، وتوفير قناة للتيار الأيونية فقط لتمرير بين خزانين السائل. الاستفادة من مبادئ عدادات كولتر على نطاق أوسع، والتجارب ثقب النانو تتصل التغييرات في الأيونية الحالية لتحديد طول وحجم وتهمة والتشكل من الجزيئات الحيوية مشحونة لأنها هي التي تحرك electrophoretically من خلال ثقب النانو في وجود مجال كهربائي خارجي. بينما ثقوب النانو البيولوجية مثل α-حالة دموية عادة ما تقدم حساسية أكبر وخصائص منخفضة الضوضاء 3، ودعم طبقة ثنائية الدهن لا يزال هشا وحجم ثابت، مما يحد من تطبيقها. من ناحية أخرى هي ملفقة ثقوب النانو الحالة الصلبة، في رقيقة (10-50 نانومتر) نيتريد السيليكون أو أغشية أكسيد السيليكون، ويمكن أن تكون مصنوعة من الاحجام المختلفةوفاق، أن تكون متكاملة بسهولة مع التكنولوجيات رقاقة النطاق 6،7، وأكثر قوة، والسماح لمجموعة واسعة من الظروف التجريبية. على الرغم من هذه المزايا والتقنيات ثقب النانو الحالة الصلبة تعاني من عدة عيوب العملية التي تحد من فائدتها للدراسات الجزيئية البيولوجية. في حين السيطرة على حجم ثقب النانو هو ممكن، وأنها مكلفة عادة وشاقة لتحقيق، وتتطلب معدات متخصصة والموظفين المهرة. على سبيل المثال، حفر ثقوب النانو التي كتبها تركز أيون شعاع وقد ثبت مؤخرا أن يتقلص تحت ظروف تجريبية محددة في المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) 5. في المناهج الأخرى، ويمكن حفر ثقوب النانو عن طريق المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) توسيع أو تقليص تبعا للظروف شعاع والتعرض للمذيبات اللاحقة مائي 8. في هذه الحالات، ومجموعة للتحقيق من أحجام ثقب النانو محدودة، من الصعب السيطرة عليها، وحتى لا يمكن الاعتماد عليها كما حجم النانو يمكن أن تتغير بعد العلاج الكيميائي أوعندما مغمورة في البيئة السائلة خاصة 9. التيار الأيونية من خلال ثقوب النانو الحالة الصلبة يمكن أيضا يعانون من الضوضاء العالية، مصادر التي تشكل موضوع التحقيق بشكل مكثف في ثقب النانو الأدب 2،3،10،11. في حين تم اقتراح أساليب مختلفة للحد من الضوضاء الكهربائية، العائد من موثوقة ومستقرة ثقوب النانو منخفضة الضوضاء منخفض عادة. ترسب بقايا كربونية أثناء الحفر والتصوير يمكن أن يكون لها آثار ضارة على جودة الإشارة الكهربائية، وغالبا ما يجعل التبول كاملة تحديا والتسبب في تشكيل nanobubbles التي يمكن أن يكون من الصعب إزالة 12. علاوة على ذلك، انسداد ثقب النانو جزيئات الحليلة يحط تقديم جودة الإشارة المسام غير صالحة للاستعمال لمزيد من التجربة 13،14. تماما، وهذه الآثار الحد بشكل كبير من العائد من أجهزة النانو وظيفية وزيادة التكلفة المرتبطة بالبحوث ثقب النانو الحالة الصلبة. والتطبيقاتنشوئها من الجهد مع أقطاب حج / أجكل لإنتاج الحقول الكهربائية عالية في حدود 0،15 حتي 0،3 الخامس / نانومتر يقدم حلا بسيطا من المستغرب لهذه التحديات. وينتج من خلال تطبيق دوري من نبضات الجهد قصيرة، نظيفة، وانخفاض الضوضاء مثالية سطح ثقب النانو للدراسات جزيء واحد. التعرض لفترات طويلة لمجالات كهربائية عالية يبدأ إزالة المواد التي تشكل غشاء جدار المسام، مما أدى إلى زيادة في القطر ثقب النانو. هذا النمو يمكن التحكم بدقة عن طريق ضبط قوة النبض ومدتها. كما اثار الحالي تتحلل على مدى التجربة بسبب انسداد ثقب النانو كما كثف الجزيئات على سطح ثقب النانو، ويمكن تكرار هذه العملية لاسترداد أجهزة انسداد التي من شأنها أن خلاف ذلك تم التخلص منها. على هذا النحو، هو زيادة العائد من ثقوب النانو وظيفية مزيدا من القدرة على استخدام نفس الجهاز عدة مرات. وهذه الطريقة توفر العديد من المزايا كما يتم تنفيذ ذلك بسرعة في السائل تحت التجريبيةالظروف، يتطلب معدات المختبرات القياسية فقط، يمكن أن يكون آليا مع البرمجيات، وتنتج ثقوب النانو وظيفية عالية الجودة مع تحقيق عائد أكثر من 95٪.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="516">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">JEM-2100F TEM</td>
			<td style="width:136px;">JEOL</td>
			<td style="width:81px;"></td>
			<td style="width:83px;">Drilling requires 200 kV accelerating voltage</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Axon Axopatch 200B patch-clamp amplifier</td>
			<td style="width:136px;">Molecular Devices</td>
			<td style="width:81px;"></td>
			<td>Low-noise voltage and current amplifier</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">X-Series data acquisition card</td>
			<td style="width:136px;">National Instruments</td>
			<td style="width:81px;">PCI-6351</td>
			<td>Interfacing with setup, apply of high electric fields</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">LabVIEW 2012 software</td>
			<td style="width:136px;">National Instruments</td>
			<td style="width:81px;"></td>
			<td>Apply voltages, record current, data analysis</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Current amplifier</td>
			<td style="width:136px;">Keithley</td>
			<td style="width:81px;"></td>
			<td>Current amplification during high electric field pulses</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">30-nm thick silicon nitride TEM membrane windows</td>
			<td style="width:136px;">Norcada Inc.</td>
			<td style="width:81px;">NT005X</td>
			<td>Substrate in which nanopores are created</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">10-nm thick silicon nitride TEM membrane windows</td>
			<td style="width:136px;">Norcada Inc.</td>
			<td style="width:81px;">NT005Z</td>
			<td>Substrate in which nanopores are created</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Silicone elastomer O-rings</td>
			<td style="width:136px;">Marian Chicago</td>
			<td style="width:81px;">HT6135</td>
			<td>Punched for sealing the nanopore chip</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ag/AgCl electrodes</td>
			<td style="width:136px;">In Vivo Metric</td>
			<td style="width:81px;">E255</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Nitric acid</td>
			<td style="width:136px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:81px;">52004P</td>
			<td>Used for cleaning cells - handle with caution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Hydrogen peroxide</td>
			<td style="width:136px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:81px;">H323</td>
			<td>Used for piranha solution - handle with caution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sulfuric acid</td>
			<td style="width:136px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:81px;">A300</td>
			<td>Used for piranha solution - handle with caution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Potassium chloride</td>
			<td style="width:136px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:81px;">P335</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">HEPES</td>
			<td style="width:136px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:81px;">BP310</td>
			<td>Buffering KCl solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Primary Faraday cage</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:81px;"></td>
			<td>Shielding nanopore cell, electrodes</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Secondary Faraday cage</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:81px;"></td>
			<td>Shielding headstage, electrode wires</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Teflon cell</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:81px;"></td>
			<td>To hold nanopore chip and reservoirs</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Hot plate</td>
			<td style="width:136px;">VWR</td>
			<td style="width:81px;"></td>
			<td>Heating piranha solution</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fine-tuning the size and minimizing the noise of solid-state nanopores

ظهرت ثقوب النانو الحالة الصلبة بوصفها أداة متعددة الاستعمالات لتوصيف الجزيئات الحيوية واحدة مثل الأحماض النووية والبروتينات 1. ومع ذلك، فإن إنشاء ثقب النانو في غشاء رقيقة عازلة لا يزال تحديا. أساليب التصنيع التي تنطوي على نظم شعاع الالكترون تركيزا المتخصصة يمكن أن تنتج ثقوب النانو واضحة المعالم، ولكن العائد من ثقوب النانو موثوقة ومنخفضة الضوضاء في الأغشية المتاحة تجاريا لا يزال منخفضا 2،3 والتحكم في حجم هو غير بديهي 4،5. هنا، وتطبيق مجالات كهربائية عالية لصقل ويتجلى حجم ثقب النانو مع ضمان الأداء الأمثل منخفضة الضوضاء. وتستخدم هذه نبضات قصيرة من حقل كهربائي عالي لإنتاج إشارة كهربائية البكر وتسمح لتوسيع ثقوب النانو من الدقة مع subnanometer عند التعرض لفترات طويلة. يتم تنفيذ هذا الأسلوب في الموقع في بيئة مائية باستخدام المعدات المختبرية القياسية، وتحسين العائد واستنساخ من لياليالدولة شهيد ثقب النانو تلفيق.

تم حفر ثقوب النانو المستخدمة في هذه الدراسة في 30 نانومتر أو 10 نانومتر النوافذ غشاء نيتريد السيليكون سميكة. في حين أن البروتوكول وصف يمكن تطبيقها على ثقوب النانو الحالة الصلبة من المواد المختلفة ملفقة باستخدام أي وسيلة، يتم حفر أنهم عادة من قبل تيم باستخدام بروتوكولات المحددة سابقا 11،14. ثقوب النانو حفر من قبل تيم وعادة ما تكون بين 4-8 نانومتر في القطر (الشكل 2). في حين أن كلا 30 نانومتر و 10 نانومتر أغشية سميكة يمكن تركيبه ومكيفة باستخدام بروتوكول أعلاه، التحيز الجهد وصفها تشير تلك المطلوبة لأغشية سميكة 30 نانومتر، ما لم ينص على خلاف ذلك. لأغشية مختلفة الحجم، ينبغي تعديل الجهد تطبيقها لتوليد حقل كهربائي في حدود 0،15 حتي 0،3 الخامس / نانومتر داخل ثقب النانو. ويبين الشكل 3A اثنين من آثار تصرف نموذجي من ثقب النانو 10 نانومتر في غشاء سميك 30 نانومتر قبل وبعد العلاج مع المجالات الكهربائية عالية. على شن د حديثاrilled ثقب النانو، واحتمال الحصول على إشارة الحالية الأيونية غير مستقرة وصاخبة، واظهار درجة عالية من التردد المنخفض التقلبات، هي عادة ما تكون مرتفعة. والنانو هو مبين في الشكل 3A يبرز هذا السلوك. تصرف منه هو أقل بكثير مما كان متوقعا لثقب النانو من حجمها، على الأرجح بسبب التبول غير مكتملة. بناء على طلب من المجالات الكهربائية عالية من 0.27 V / نانومتر في حجم إنتاجها بنسبة 8 V البقول (90 نبضات من 2 مدة ثانية)، يصبح ثقب النانو رطبة تماما ويتم تكبير في وقت لاحق إلى 21 نانومتر في القطر. عند هذه النقطة، والمسام يسلك تصرف مستقرة مع خصائص منخفضة الضوضاء. ويظهر التحليل الكمي للضوضاء في ثقوب النانو مماثلة لكثافة الطاقة الطيفية المؤامرات في الشكل 3B. الضوضاء السعة التردد المنخفض من المسام unwet و / أو انسداد عالية جدا (&gt; 20 السلطة الفلسطينية RMS)، مما يجعلها غير صالحة للاستعمال في التجربة. على تكييف مع الحقول الكهربائية عالية، قوة الضوضاء في الترددات المنخفضة (&lt;10 كيلو هرتز) هو diminis[هد] بنسبة تصل إلى 3 أوامر من حجم وجاهزة للتجارب منخفضة الضوضاء. ويبين الشكل 4a قياس الحالي نموذجي كما هو نابض إمكانية تطبيقها بين الحقول الكهربائية عالية لتوسيع وفترات انخفاض قياس الحقل الكهربائي. بعد كل نبضة لاحقة، والحالية الناتجة الأيونية من خلال ثقب النانو في الجهد قياس (أي تصرف ثقب النانو) يزيد بمقدار محدود. هذا يدل على أن ثقب النانو هو زيادة في حجم، وقطر د يمكن الاستدلال على ذلك من تصرف في G في حل من الموصلية σ، تقارب ثقب النانو بأنها أسطواني هندسة فعالة ل طول ممثل المؤسسة. بينما توجد نماذج أخرى مختلفة لربط ثقب النانو تصرف لهندسته 17،19-21، وقد ثبت العلاقة التالية، الذي يشتمل على المدى هندسية ومصطلح المقاومة الوصول إليها، صالحة لثقوب النانو تيم حفر في الملح عاليةتركيزات، على مجموعة واسعة من أقطار التي تهم dsDNA وإزفاء 17،22. <img alt="" src="/files/ftp_upload/51081/51081eqn.jpg" width="150px" /> مرة واحدة يتم الوصول إلى القطر المطلوب، يتم إيقاف عملية تلقائيا من قبل البرنامج. ويمكن بعد ذلك أكدت قطر ثقب النانو الناتجة باستخدام قياسات دقيقة الرابع، كما هو مبين في الشكل 4B. من المهم أن نلاحظ أن ثقوب النانو المعالجة باستخدام المجالات الكهربائية عالية وظيفية بالكامل. يتم التحقق من صحة ذلك من خلال الكشف عن الحمض النووي λ إزفاء، كما هو مبين في آثار تصرف المعروضة في الشكل 5A. في هذا الشكل، والدافع من خلال اثنين من ثقوب النانو dsDNA والتي تم توسيعها إلى 11 نانومتر و 32 نانومتر باستخدام الطريقة الموصوفة. في كل حالة، والأساس تصرف غير مستقر للغاية ويلاحظ الحصار واضحة جزيئات dsDNA ونقل من خلال ثقب النانو، وعرض عالية إشارة إلىالضوضاء واحدة جزيء الأحداث إزفاء بالمقارنة مع المسام غير المعالجة التي تظهر ضوضاء عالية. كما هو مبين في الشكل 5A من إدراجات، ويلاحظ متعددة المستويات انسداد منفصلة كما نقل من الجزيئات الفردية مطوية، كما هو متوقع لثقوب النانو من هذه الأحجام. يتم عرض رسوم بيانية للتصرف ثقب النانو خلال الأحداث إزفاء من خلال كل المسام في الشكل 5B. خصائص منخفضة الضوضاء من ثقوب النانو تكشف متميزة، قمم للحل بسهولة المقابلة لخط الأساس (أي DNA)، واحد (واحد حبلا الحمض النووي - كشف) والدول مزدوجة انسداد (اثنين من جدائل الحمض النووي - مطوية). من المذكرة هو حقيقة أن التغيير في تصرف المقابلة لجزيء واحد dsDNA وتحتل المسام هو مختلفة لثقوب النانو الكبيرة والصغيرة. هذا يقدم دليلا غير مباشر على أن تطبيق المجالات الكهربائية عالية هو في الواقع توسيع ثقوب النانو القائمة، ونفس السعة انسداد سيكون لاحظ إذا كان يجري إنشاؤه المسام أو الشقوق الأخرى في رانه غشاء أثناء عملية 17. وبالمثل، يوضح الشكل (6) فعالية المجالات الكهربائية عالية لتوسيع ثقوب النانو ملفقة في الأغشية من سماكة مختلفة. هنا، وثقب النانو التي تم إنشاؤها في SiNx غشاء 10 نانومتر في البداية unwet جزئيا، وعرض تصرف غير مستقرة والصغيرة نسبيا. بناء على طلب من بالتناوب ± 3 V (± 0.3 V / نانومتر) نبضات من 4 مدة ثانية (30 مجموع)، يصبح ثقب النانو الرطب ويسلك خصائص الرابع مثالية لالمسام 3 نانومتر. ثم كرر منهجية ل400 البقول واللاحقة تم توسيع ثقب النانو إلى 8 نانومتر. هذا التوسيع، أجريت في المجالات الكهربائية مماثلة ولكن التحيز الجهد أقل التطبيقية من لثقوب النانو ملفقة في الأغشية 30 نانومتر، وتبين أن هذه العملية هو الحقل الكهربائي في المقام الأول مدفوعة. كما الحصار الحالية التي تنتجها إزفاء عبر غشاء أرق أكبر من التي أنتجت في سمكا المسام، وثقوب النانو في أغشية رقيقةيعامل بهذه الطريقة يمكن أن تستخدم لدراسة الجزيئات أقصر مثل البروتينات مع زيادة الحساسية. <img alt="الشكل 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51081/51081fig1.jpg" width="600px" /> الشكل 1. التجمع خلية ثقب النانو. يتم وضع السيليكون نيتريد غشاء تحتوي على ثقب النانو بين جوانات المطاط الصناعي السيليكون، والتي هي بدورها مضغوط من قبل اثنين من تفلون نصف الخلايا التي تحتوي على خزانات بالكهرباء. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51081/51081fig1highres.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر</a> . <img alt="الرقم 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51081/51081fig2.jpg" width="600px" /> الشكل 2. تكييف ثقب النانو وتوسيع الإعداد. A ثقب النانو في حفر 30 نانومتر نيتريد السيليكون سميكة غشاء (يسار) يربط بين اثنين من الخزانات بالكهرباء. Aيستخدم الكمبيوتر للتحكم إما مكبر للصوت التصحيح، المشبك أو إمدادات الطاقة الخارجية (بطاقة دق) والذي ينطبق على التحيز المحتمل عبر ثقب النانو عبر الأقطاب حج / أجكل منغمسين في الخزانات بالكهرباء. مكبر للصوت الحالي التبديلات التيار الأيونية قياس يتم رصدها في الوقت الحقيقي باستخدام برامج الكمبيوتر. تم تعديل هذا الرقم من [11]. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51081/51081fig2highres.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر</a> . <img alt="الرقم 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51081/51081fig3.jpg" width="600px" /> الرقم 3. آثار الحالية قبل وبعد تطبيق مجالات كهربائية عالية. (أ) عند تصاعد مستمر، وحتى بعد التنظيف بمحلول البيرانا، وتصرف من ثقب النانو غير مستقرة وأقل من المتوقع لأسطواني المسام 10 نانومتر (الأزرق). بعد تطبيق البقول 2 ثانية من 8 V، ووالمبللة ثقب النانو بالكامل والموسع، واظهار تصرف مستقرة، ويمكن استخدامها لاجراء تجارب الاستشعار الجزيئية البيولوجية (الخضراء). (ب) قطع الكثافة الطيفية الطاقة من ثقب النانو المبللة بشكل غير كامل وانسداد (الأزرق والبرتقالي، على التوالي). بناء على طلب من 200 ميللي ثانية البقول من 8 V، وترطب لثقوب النانو وإزالة الحطام (الأخضر والأحمر، على التوالي). تم تعديل هذا الرقم من [11]. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51081/51081fig3highres.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر</a> . <img alt="الرقم 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51081/51081fig4.jpg" width="600px" /> الشكل 4. ثقب النانو توسيع باستخدام المجالات الكهربائية عالية. (أ) بالتناوب بين التوسيع وقياس التحيزات المحتملة (الأحمر) يكشف عن أن التيار الأيونية من خلال ثقب النانو (الازرق) يزيد في خطوات محدودة. السلوك الناتجقياس تعصب يمكن استخدامها لاستنتاج قطر ثقب النانو. مرة واحدة وقد حققت قطر المطلوب، يتم إيقاف العملية. (ب) تأكيد قياسات دقيقة الرابع من تصرف أن أحجام ثقب النانو قد زادت. توفر هذه المؤامرات تقدير أفضل للحجم المسام من القيم الحالية نقطة واحدة لأنها يمكن أن يكون لائقا ويمكن التأكد من سلوكهم متماثل وأومية. تم تعديل هذا الرقم من [11]. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51081/51081fig4highres.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر</a> . <img alt="الرقم 5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51081/51081fig5.jpg" width="600px" /> الرقم 5. إزفاء الحمض النووي من خلال ثقوب النانو مكيفة. (أ) إضافة dsDNA و(48.5 KBP) إلى جانب واحد من ثقب النانو في وجود تحيز من 150 بالسيارات تنتج الحصار عابرة في آثار تصرف من 11 نانومتر (الأزرق) و 32 نانومتر البرتغالوفاق (الحمراء). (ب) المدرج الإحصائي للتصرف كل من ثقوب النانو تظهر قمم منفصلة المقابلة لخط الأساس، واحد والأحداث إزفاء مزدوجة. تم تعديل هذا الرقم من [11]. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51081/51081fig5highres.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر</a> . <img alt="الرقم 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51081/51081fig6.jpg" width="600px" /> الرقم 6. توسيع ثقوب النانو في الأغشية 10 نانومتر. A ثقب النانو في غشاء 10 نانومتر أصلا المعروضات القليل جدا من تصرف وخصائص الرابع غير المتماثلة (برتقالي). بناء على طلب من 30 من البقول بالتناوب بين ± 3 V (4 مدة ثانية)، ويبلل ثقب النانو ويسلك خصائص الرابع مثالية مع تصرف بما يتفق مع ذلك يتوقع لالمسام 3 نانومتر (الأزرق). A 400 البقول مزيد من ± 3 V يوسع ثقب النانو ليبلغ قطرها 8 نانومتر(الأخضر). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51081/51081fig6highres.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر</a> .

Watch this Scientific Journal Video about Fine-tuning the Size and Minimizing the Noise of Solid-state Nanopores at JoVE.com

Fine-tuning the Size and Minimizing the Noise of Solid-state Nanopores

يتم تقديم منهجية لإعداد ثقوب النانو الحالة الصلبة في حل للتجارب إزفاء الجزيئية البيولوجية. من خلال تطبيق نبضات قصيرة من الحقول الكهربائية عالية، وقطرها ثقب النانو يمكن تكبير controllably بدقة subnanometer وخصائص الضوضاء الكهربائية قد تحسن بشكل ملحوظ. يتم تنفيذ هذا الإجراء في الموقع باستخدام المعدات المختبرية القياسية تحت ظروف تجريبية.

صقل الحجم والتقليل من الضوضاء من الحالة الصلبة ثقوب النانو

Solid-state nanopores have emerged as a versatile tool for the characterization of single biomolecules such as nucleic acids and proteins1. However, the ...

fine-tuning-the-size-and-minimizing-the-noise-of-solid-state-nanopores

Research

JoVE Journal

Engineering

13.3K Views.  University of Ottawa.  يتم تقديم منهجية لإعداد ثقوب النانو الحالة الصلبة في حل للتجارب إزفاء الجزيئية البيولوجية. من خلال تطبيق نبضات قصيرة من الحقول الكهربائية عالية، وقطرها ثقب النانو يمكن تكبير controllably بدقة subnanometer وخصائص الضوضاء الكهربائية قد تحسن بشكل ملحو?...

Video: Fine-tuning the Size and Minimizing the Noise of Solid-state Nanopores

Controlling the Size, Shape and Stability of Supramolecular Polymers in Water

For aqueous based supramolecular polymers, the simultaneous control over shape, size and stability is very difficult1. At the same time, the ability to do so is highly important in view of a number of applications in functional soft matter including electronics, biomedical engineering, and sensors. In the past, successful strategies to control the size and shape of supramolecular polymers typically focused on the use of templates2,3, end cappers4 or selective solvent techniques5. 
Here we disclose a strategy based on self-assembling discotic amphiphiles that leads to the control over stack length and shape of ordered, chiral columnar aggregates. By balancing electrostatic repulsive interactions on the hydrophilic rim and attractive non-covalent forces within the hydrophobic core of the polymerizing building block, we manage to create small and discrete spherical objects6,7. Increasing the salt concentration to screen the charges induces a sphere-to-rod transition. Intriguingly, this transition is expressed in an increase of cooperativity in the temperature-dependent self-assembly mechanism, and more stable aggregates are obtained. 
For our study we select a benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) core connected to a hydrophilic metal chelate via a hydrophobic, fluorinated L-phenylalanine based spacer (Scheme 1). The metal chelate selected is a Gd(III)-DTPA complex that contains two overall remaining charges per complex and necessarily two counter ions. The one-dimensional growth of the aggregate is directed by &pi;-&pi; stacking and intermolecular hydrogen bonding. However, the electrostatic, repulsive forces that arise from the charges on the Gd(III)-DTPA complex start limiting the one-dimensional growth of the BTA-based discotic once a certain size is reached. At millimolar concentrations the formed aggregate has a spherical shape and a diameter of around 5 nm as inferred from 1H-NMR spectroscopy, small angle X-ray scattering, and cryogenic transmission electron microscopy (cryo-TEM). The strength of the electrostatic repulsive interactions between molecules can be reduced by increasing the salt concentration of the buffered solutions. This screening of the charges induces a transition from spherical aggregates into elongated rods with a length &gt; 25 nm. Cryo-TEM allows to visualise the changes in shape and size. In addition, CD spectroscopy permits to derive the mechanistic details of the self-assembly processes before and after the addition of salt. Importantly, the cooperativity -a key feature that dictates the physical properties of the produced supramolecular polymers- increases dramatically upon screening the electrostatic interactions. This increase in cooperativity results in a significant increase in the molecular weight of the formed supramolecular polymers in water.

The goal of this experiment is to determine and control the size, shape and stability of self-assembled discotic amphiphiles in water. For aqueous based supramolecular polymers such level of control is very difficult. We apply a strategy using both repulsive and attractive interactions. The experimental techniques applied to characterize this system are broadly applicable.

التحكم في الحجم والشكل والاستقرار من البوليمرات Supramolecular في الماء

For aqueous based supramolecular polymers, the simultaneous control over shape, size and stability is very difficult1. At the same time, the ability to do ...

Encapsulation and Permeability Characteristics of Plasma Polymerized Hollow Particles

In this protocol, core-shell nanostructures are synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition. We produce an amorphous barrier by plasma polymerization of isopropanol on various solid substrates, including silica and potassium chloride. This versatile technique is used to treat nanoparticles and nanopowders with sizes ranging from 37 nm to 1 micron, by depositing films whose thickness can be anywhere from 1 nm to upwards of 100 nm. Dissolution of the core allows us to study the rate of permeation through the film. In these experiments, we determine the diffusion coefficient of KCl through the barrier film by coating KCL nanocrystals and subsequently monitoring the ionic conductivity of the coated particles suspended in water. The primary interest in this process is the encapsulation and delayed release of solutes. The thickness of the shell is one of the independent variables by which we control the rate of release. It has a strong effect on the rate of release, which increases from a six-hour release (shell thickness is 20 nm) to a long-term release over 30 days (shell thickness is 95 nm). The release profile shows a characteristic behavior: a fast release (35% of the final materials) during the first five minutes after the beginning of the dissolution, and a slower release till all of the core materials come out.

We have used plasma enhanced chemical vapor deposition to deposit thin films ranging from a few nm to several 100 nm on nano-sized particles of various materials. We subsequently etch the core material to produce hollow nanoshells whose permeability is controlled by the thickness of the shell. We characterize the permeability of these coatings to small solutes and demonstrate that these barriers can provide sustained release of the core material over several days.

التغليف والنفاذية خصائص الجسيمات مبلمر البلازما الجوف

In this protocol, core-shell nanostructures are synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition. We produce an amorphous barrier by plasma ...

Solid-state Graft Copolymer Electrolytes for Lithium Battery Applications

Battery safety has been a very important research area over the past decade. Commercially available lithium ion batteries employ low flash point (&lt;80 &deg;C), flammable, and volatile organic electrolytes. These organic based electrolyte systems are viable at ambient temperatures, but require a cooling system to ensure that temperatures do not exceed 80 &deg;C. These cooling systems tend to increase battery costs and can malfunction which can lead to battery malfunction and explosions, thus endangering human life. Increases in petroleum prices lead to a huge demand for safe, electric hybrid vehicles that are more economically viable to operate as oil prices continue to rise. Existing organic based electrolytes used in lithium ion batteries are not applicable to high temperature automotive applications. A safer alternative to organic electrolytes is solid polymer electrolytes. This work will highlight the synthesis for a graft copolymer electrolyte (GCE) poly(oxyethylene) methacrylate (POEM) to a block with a lower glass transition temperature (Tg) poly(oxyethylene) acrylate (POEA). The conduction mechanism has been discussed and it has been demonstrated the relationship between polymer segmental motion and ionic conductivity indeed has a Vogel-Tammann-Fulcher (VTF) dependence. Batteries containing commercially available LP30 organic (LiPF6 in ethylene carbonate (EC):dimethyl carbonate (DMC) at a 1:1 ratio) and GCE were cycled at ambient temperature. It was found that at ambient temperature, the batteries containing GCE showed a greater overpotential when compared to LP30 electrolyte. However at temperatures greater than 60 &deg;C, the GCE cell exhibited much lower overpotential due to fast polymer electrolyte conductivity and nearly the full theoretical specific capacity of 170 mAh/g was accessed.

Lithium ion batteries employ flammable and volatile organic electrolytes that are suitable for ambient temperature applications. A safer alternative to organic electrolytes are solid polymer batteries. Solid polymer batteries operate safely at high temperatures (&gt;120 &deg;C), thus making them applicable to high temperature applications such as deep oil drilling and hybrid electric vehicles. This paper will discuss (a) the polymer synthesis, (b) the polymer conduction mechanism, and (c) provide temperature cycling for both solid polymer and organic electrolytes.

الحالة الصلبة الشوارد كوبوليمر الكسب غير المشروع ليثيوم تطبيقات البطارية

Battery safety has been a very important research area over the past decade. Commercially available lithium ion batteries employ low flash point (&lt;80 ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

الاتصال أحادي الطبقة المنشطات من السيليكون السطوح والأسلاك المتناهية الصغر عن طريق المركبات الفوسفورية العضوية

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Casting Protocols for the Production of Open Cell Aluminum Foams by the Replication Technique and the Effect on Porosity

Metal foams are interesting materials from both a fundamental understanding and practical applications point of view. Uses have been proposed, and in many cases validated experimentally, for light weight or impact energy absorbing structures, as high surface area heat exchangers or electrodes, as implants to the body, and many more. Although great progress has been made in understanding their structure-properties relationships, the large number of different processing techniques, each producing material with different characteristics and structure, means that understanding of the individual effects of all aspects of structure is not complete. The replication process, where molten metal is infiltrated between grains of a removable preform material, allows a markedly high degree of control and has been used to good effect to elucidate some of these relationships. Nevertheless, the process has many steps that are dependent on individual &#8220;know-how&#8221;, and this paper aims to provide a detailed description of all stages of one embodiment of this processing method, using materials and equipment that would be relatively easy to set up in a research environment. The goal of this protocol and its variants is to produce metal foams in an effective and simple way, giving the possibility to tailor the outcome of the samples by modifying certain steps within the process. By following this, open cell aluminum foams with pore sizes of 1&#8211;2.36 mm diameter and 61% to 77% porosity can be obtained.

Replication is one of the processing techniques used for the production of porous metal sponges. In this paper one implementation of the method for the production of open celled porous aluminum is shown in detail.

الصب بروتوكولات لإنتاج المفتوحة خلية كسوات الألومنيوم من قبل تقنية النسخ المتماثل والتأثير على المسامية

Metal foams are interesting materials from both a fundamental understanding and practical applications point of view. Uses have been proposed, and in many ...

Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and non-destructively reveals the hydrogen density distribution at surfaces, at interfaces, and in the volume of solid materials with high depth resolution. The technique applies a 15N ion beam of 6.385 MeV provided by an electrostatic accelerator and specifically detects the 1H isotope in depths up to about 2 &#956;m from the target surface. Surface H coverages are measured with a sensitivity in the order of ~1013 cm-2 (~1% of a typical atomic monolayer density) and H volume concentrations with a detection limit of ~1018 cm-3 (~100 at. ppm). The near-surface depth resolution is 2-5 nm for surface-normal 15N ion incidence onto the target and can be enhanced to values below 1 nm for very flat targets by adopting a surface-grazing incidence geometry. The method is versatile and readily applied to any high vacuum compatible homogeneous material with a smooth surface (no pores). Electrically conductive targets usually tolerate the ion beam irradiation with negligible degradation. Hydrogen quantitation and correct depth analysis require knowledge of the elementary composition (besides hydrogen) and mass density of the target material. Especially in combination with ultra-high vacuum methods for in-situ target preparation and characterization, 1H(15N,&#945;&#947;)12C NRA is ideally suited for hydrogen analysis at atomically controlled surfaces and nanostructured interfaces. We exemplarily demonstrate here the application of 15N NRA at the MALT Tandem accelerator facility of the University of Tokyo to (1) quantitatively measure the surface coverage and the bulk concentration of hydrogen in the near-surface region of a H2 exposed Pd(110) single crystal, and (2) to determine the depth location and layer density of hydrogen near the interfaces of thin SiO2 films on Si(100).

We illustrate the application of 1H(15N,&#945;&#947;)12C resonant nuclear reaction analysis (NRA) to quantitatively evaluate the density of hydrogen atoms on the surface, in the volume, and at an interfacial layer of solid materials. The near-surface hydrogen depth profiling of a Pd(110) single crystal and of SiO2/Si(100) stacks is described.

الكمي لتركيز الهيدروجين في المياه السطحية واجهة الطبقات والمواد السائبة من خلال التنميط العمق مع تحليل التفاعلات النووية

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

Capillary-based Centrifugal Microfluidic Device for Size-controllable Formation of Monodisperse Microdroplets

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. W/O microdroplets have recently been used in powerful methods that enable miniaturized chemical experiments. Therefore, developing a versatile method to yield monodisperse W/O microdroplets is needed. We have developed a method for generating monodisperse W/O microdroplets based on a capillary-based centrifugal axisymmetric co-flowing microfluidic device. We succeeded in controlling the size of microdroplets by adjusting the capillary orifice. Our method requires equipment that is easier-to-use than with other microfluidic techniques, requires only a small volume (0.1-1 &#181;l) of sample solution for encapsulation, and enables the production of hundreds of thousands number of W/O microdroplets per second. We expect this method will assist biological studies that require precious biological samples by conserving the volume of the samples for rapid quantitative analysis biochemical and biological studies.

Here, we demonstrate a simple production method for size-controllable, monodisperse, water-in-oil (W/O) microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. This method requires only a small sample volume and enables high-yield production. We expect this method will be useful for rapid biochemical and cellular analyses.

القائم الشعرية جهاز ميكروفلويديك الطرد المركزي لتشكيل السيطرة الحجم من Monodisperse Microdroplets

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

Use of Sacrificial Nanoparticles to Remove the Effects of Shot-noise in Contact Holes Fabricated by E-beam Lithography

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has been attributed to statistical fluctuations in the number of photons/electrons arriving at a given nano-region arising from shot-noise (SN). The SN varies inversely to the square root of a number of photons/electrons. For a fixed dosage, the SN is larger in EUV and E-beam lithographies than for traditional (193 nm) optical lithography. Bottom-up and top-down patterning approaches are combined to minimize the effects of shot noise in nano-hole patterning. Specifically, an amino-silane surfactant self-assembles on a silicon wafer that is subsequently spin-coated with a 100 nm film of a PMMA-based E-beam photoresist. Exposure to the E-beam and the subsequent development uncover the underlying surfactant film at the bottoms of the holes. Dipping the wafer in a suspension of negatively charged, citrate-capped, 20 nm gold nanoparticles (GNP) deposits one particle per hole. The exposed positively charged surfactant film in the hole electrostatically funnels the negatively charged nanoparticle to the center of an exposed hole, which permanently fixes the positional registry. Next, by heating near the glass transition temperature of the photoresist polymer, the photoresist film reflows and engulfs the nanoparticles. This process erases the holes affected by SN but leaves the deposited GNPs locked in place by strong electrostatic binding. Treatment with oxygen plasma exposes the GNPs by etching a thin layer of the photoresist. Wet-etching the exposed GNPs with a solution of I2/KI yields uniform holes located at the center of indentations patterned by E-beam lithography. The experiments presented show that the approach reduces the variation in the size of the holes caused by SN from 35% to below 10%. The method extends the patterning limits of transistor contact holes to below 20 nm.

Uniformly sized nanoparticles can remove fluctuations in contact hole dimensions patterned in poly(methyl methacrylate) (PMMA) photoresist films by electron beam (E-beam) lithography. The process involves electrostatic funneling to center and deposit nanoparticles in contact holes, followed by photoresist reflow and plasma- and wet-etching steps.

استخدام الهدى النانوية لإزالة آثار طلقة الضوضاء في ثقوب الاتصال اختلقتها E-شعاع الطباعة الحجرية

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has ...

Preparation of Liquid-exfoliated Transition Metal Dichalcogenide Nanosheets with Controlled Size and Thickness: A State of the Art Protocol

We summarize recent advances in the production of liquid-exfoliated transition metal dichalcogenide (TMD) nanosheets with controlled size and thickness. Layered crystals of molybdenum disulphide (MoS2) and tungsten disulphide (WS2) are exfoliated in aqueous surfactant solution by sonication. This yields highly polydisperse mixtures containing nanosheets with broad size and thickness distributions. However, for most purposes, specific sizes (in terms of both lateral dimension and thickness) are required. For example, large and thin nanosheets are desired for (opto) electronic applications, while laterally small nanosheets are interesting for catalytic applications. Therefore, post-exfoliation size selection is an important step that we address here. We provide a detailed protocol on the efficient size selection in large quantities by liquid cascade centrifugation and the size and thickness quantification by statistical microscopic analysis (atomic force microscopy and transmission electron microscopy). The comparison of MoS2 and WS2 shows that both materials are size-selected in a similar way by the same procedure. Importantly, the dispersions of size-selected nanosheets show systematic changes in their optical extinction spectra with size due to edge and confinement effects. We show how these optical changes are related quantitatively to the nanosheets dimensions and describe how mean nanosheets length and layer number can be extracted reliably from the extinction spectra. The exfoliation and size selection protocol can be applied to a broad range of layered crystals as we have previously demonstrated for graphene, gallium sulphide (GaS) and black phosphorus.

A protocol for the liquid exfoliation of layered materials to nanosheets, their size selection and size measurement by microscopic and spectroscopic techniques is presented.

إعداد تقشر السائل الانتقال المعادن Dichalcogenide Nanosheets مع تسيطر الحجم والسماكة: دولة على البروتوكول الفن

We summarize recent advances in the production of liquid-exfoliated transition metal dichalcogenide (TMD) nanosheets with controlled size and thickness. ...

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of lithium-ion (Li-ion) batteries. However, a number of setbacks prevent their integration into commercial devices. The main limiting factor is due to nanoscale phenomena occurring at the electrode/electrolyte interfaces, ultimately leading to degradation of battery operation. These key problems are highly challenging to observe and characterize as these batteries contain multiple buried interfaces. One approach for direct observation of interfacial phenomena in thin film batteries is through the fabrication of electrochemically active nanobatteries by a focused ion beam (FIB). As such, a reliable technique to fabricate nanobatteries was developed and demonstrated in recent work. Herein, a detailed protocol with a step-by-step process is presented to enable the reproduction of this nanobattery fabrication process. In particular, this technique was applied to a thin film battery consisting of LiCoO2/LiPON/a-Si, and has further been previously demonstrated by in situ cycling within a transmission electron microscope.

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

A protocol for the fabrication of electrochemically active LiPON-based solid-state lithium-ion nanobatteries using a focused ion beam is presented.

تركيز أيون شعاع تلفيق نانوباتيريس ليبون-على أساس الحالة الصلبة بطارية ليثيوم أيون للاختبار في الموقع

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of ...