אנו מכירים תמיכה על ידי למדעי הטבע והנדסת מועצת מחקר של קנדה, קרן קנדה עבור חדשנות, וקרן מחקר אונטריו. אנו מודים ליו י &#39;לסיוע בייצור nanopore ואפיון, L. Andrzejewski לדיונים חשובים ותמיכה טכנית, וא&#39; Marziali לעזרה עם תוכנת nanopore ועיצוב מכשור.

1. ייצור nanopore וניקוי הערה: לאחר nanopore קיים בקרום בידוד, זה יכול להיות מותקן ישירות בנוזל התא ללא עיבוד או ניקיון נוסף, כפי שמתואר בשלב 2. עם זאת, אם יש צורך להסיר עקבות של חומרים מזהמים בין ניסויים, ניתן לנקות שבבי nanopore או באמצעות פתרון Piranha 3,15,16 (3:1 H 2 SO 4: H 2 O 2) או על ידי חשיפה לחמצן פלזמה 2. ככזה, על שלבים 1.2-1.9 בפרוטוקול הבא הם אופציונליים אם precleaning על ידי חשיפה לפתרון Piranha אינו הכרחי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגה מסוננת deionized מים (DI) על ידי הצבת תחת הוואקום בsonicator ל30 דקות ב40 ° C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את פתרון Piranha בכוס 10 מיליליטר על ידי הוספה בזהירות 3 מיליליטר חומצה גופרתית ואחריו מי חמצן 1 מיליליטר. מערבבים היטב על ידי refluxing בפיפטה. זהירות: פתרון Piranha הוא מסוכן ביותר. אנא ta<html> Ke בכל אמצעי הזהירות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות פינצטה עמידה חומצה, הכנס בזהירות את שבב הקרום המכיל nanopore הקצה ראשון לפתרון Piranha לצלול לחלוטין את השבב ולהימנע מכך צף על פני השטח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף ביסודיות בפינצטה מים מסוננים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את הכוס על הגדרה קבועה מראש פלטה חמה ל90 ° C ולאפשר לו לנקות לפחות 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוציא בזהירות את פתרון Piranha מהכוס באמצעות פיפטה זכוכית נקייה וזורקים בכמויות עצומות של מים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעזרת פיפטה זכוכית נקייה להוסיף 5 מיליליטר של המים deionized degassed משלב 1.1 לתוך הכוס כדי לשטוף. הסר את המים ולחזור לפחות 5x. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוציא בזהירות את שבב nanopore מהכוס באמצעות פינצטה חדה קצה נקי. טפל בזהירות רבה כקרום nanopore הוא מאוד שביר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייבש את השבב בעדינות על ידי החלת יניקה לקצה שלה באמצעות aspirator. אחסן את השבב בצלחת פטרי נקייה עד מוכן לשימוש. </li></ol>ve_title &quot;&gt; 2. ההרכבה Nanopore <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את תא nanopore הטפלון (איור 1) על ידי הצבת ב20% תמיסת חומצה חנקתית ורותח במשך 10 דקות. זהירות: השתמש בכל ציוד מגן האישי הנחוץ ולטפל חומצות בזהירות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוציא בזהירות את התא מחומצה חנקתית ומקום במים די רותחים למשך 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מרתיחים את התא במים די לנוספים 10 דקות כדי להבטיח הסרה מלאה של חומצה חנקתית מלאה. הסר את הכוס מהצלחת החמה ולאפשר לו להתקרר לטמפרטורת חדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את התא מהכוס ומכה יבש עם אוויר או N 2 מסוננים. אחסן את התאים בצלחת פטרי נקייה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגה מסוננת פתרון KCl (שנאגרו עם HEPES ב-pH 8) על ידי הצבת תחת הוואקום בsonicator ל30 דקות ב40 ° C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אטמים נקיים שני אלסטומר סיליקון עבור כל שבב nanopore ידי sonicating באתנול במשך דקות לפחות 10. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את שבב nanopore על carefu הוויה אטם אלסטומר נקיl כדי ליישר את חלון הקרום עם פתיחת האטם. מקום וליישר אטם שני על גבי השבב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את השבב ואטמים בכניסת המאגר של חצי אחד של תא nanopore ניקה. להרכיב את התא על ידי הברגה את החצי השני במקום. תצוגה התפוצצה ממרכיבי תא nanopore מוצגת באיור 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרטיב את שבב nanopore ידי pipetting אתנול לתוך מאגרי התא והצבה בתא ואקום עד כמה בועות נראות כדי לצאת מפתחי הכניסה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר אתנול על ידי שטיפת המאגרים עם לפחות 3 מיליליטר degassed פתרון KCl מסונן. תשמור על עצמך כדי להסיר עודפים באמצעות aspirator. </li></ol> 3. Nanopore אפיון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את תא nanopore בהתקנה הניסיונית מוגנת חשמלי ומניח אלקטרודות Ag / AgCl בכל מאגר. התקנה זו היא דומה לזה שמוצג באיור 2 למעט האספקה ​​החיצונית הכוח והמגבר הנוכחי שהןהוחלף במגבר משוב התנגדות רעש נמוך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש במגבר בעל רעש הנמוך במצב המתח-clamp, להחיל פוטנציאלים גורפים מ-200 mV ל+200 mV ולהקליט את המאפיינים הרביעי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתאים את עקומת IV להשיג מוליכות nanopore, אשר יכול לשמש כדי לחשב את קוטרו בפתרון 17. אם הקוטר המחושב הוא הרבה יותר קטן מצפוי מהדמית TEM, הנקבוביות עשוי לא רטוב לחלוטין ו / או מכיל פסולת או זיהום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החלת פוטנציאל mV 200 פני nanopore ולהקליט הנוכחי היוניים ל30 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע צפיפות ספקטרלית כוח ניתוח (PSD) של הזרם היוני ולשלב לכמת את מאפייני רעש החשמלי של nanopore. אם הרעש הוא מעל 15 הרשות הפלסטינית RMS ב5 רוחב פס kHz, אז נקבוביות עשוי לא רטוב לחלוטין ו / או מכיל זיהום, ולא ניתן להשתמש בו באופן מהימן בניסוי. </li></ol> 4. אוויר Nanopores שימוש גבוה Fie חשמליLDS הערה: אם עקומת IV נוצרה אסימטריה הציגה או פחות מהצפוי מוליכות, או העקבות הנוכחיות הראו רמות יציבות ורעש גבוה בתדרים נמוכים, יש צורך להתנות את nanopore עם שדות חשמליים גבוהים כדי להסיר כל זיהום בנקבובי שטח ו / או להרטיב את הנקבוביות. בעוד ששיטה זו אינה משפיעה על הרעש בתדר גבוה הנגרם על ידי קיבול הקרום או כל קיבול טפיל מצמידים את הכניסה של המגבר הנוכחי נעשה שימוש במדידות, רעש בתדר נמוך (המכונה גם רעש 1 / f) 18 יכול להיות מופחת באופן משמעותי. סכמטי של ההתקנה המשמשת לביצוע מיזוג זה מוצג באיור 2. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נתק את האלקטרודות ממגבר תיקון מהדק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר אחד של אלקטרודות לאספקת חשמל מבוקר מחשב מסוגלת לייצר&gt; 6 V (&gt; 0.2 כוח V / ננומטר שדה חשמלי לקרומים העבים 30 ננומטר משמשים כאן) והשני לדוארxternal מגבר הנוכחי שיכול להיות במעקב בזמן אמת. הערה: היישום של שדות חשמליים גבוהים יכול לשמש להתנות nanopores בחומרי קרום שונים ועוביים. בעוד שני קרומי 30 ננומטר ו10 ננומטר נדונים כאן, המתחים תיארו מתייחס לאלה המשמשים לקרומים עבים 30 ננומטר, אלא אם כן צוין אחרת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל הפרש פוטנציאל של 400 mV (מתח מדידה) על פני nanopore במשך לפחות 5 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשב את הערך הנוכחי הממוצע מהשניות 1 הסופיות של הנתונים כדי לקבוע את המוליכות של nanopore. לחשב את הקוטר של nanopore מבוסס על מוליכות חשמלית של זה, אשר צריך להיעשות באופן אוטומטי באמצעות התוכנה ומודל מוליכות nanopore של בחירה על בסיס הסביר להניח הגיאומטריה. זה צריך להתאים לקוטר נמדד מעקומת IV. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל דופק msec 200 של 6 V (מתח הרטבה) על פני nanopore לייצר שדה חשמלי של 0.2 V / ננומטר ואחרי תקופת מדידה 5 שניותב400 mV. שוב, לחשב קוטר של nanopore באמצעות 1 שניות הסופיות של הנתונים ולהשוות עם הערך הצפוי ממדידות TEM כדי להבטיח שnanopore הוא רטוב באופן מלא. אם יש צורך, חזרו מספר פעמים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם יש צורך, חזרו על היישום של פולסים של שדה חשמליים גבוהים עם מתח גובר, עד שהאות הנוכחית במהלך תקופת המדידה הוא יציב ומראה את המוליכות הצפויות. לא מומלץ לעלות על 10V ל( כלומר&gt; 0.3 V / ננומטר), כמו זה יכול להגדיל או לגרום נזק לnanopore במהירות באופן משמעותי. </li></ol> 5. הגדלת Nanopores שימוש בשדות חשמליים גבוהים הערה: בקוטר של nanopore הוא מכריע בקביעת הפונקציונליות שלו ליישום חישת biomolecular מסוים. לשם כך, nanopore נוצר באמצעות TEM ניתן להגדיל לגודל רצוי על ידי הפעלת שדות חשמליים גבוהים עד הקוטר המתאים מושגת עם ההתקנה זהה המשמשת לניקוי ולהרטיב אתnanopore (איור 2). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש באותה התצורה אלקטרונית כמו בחלק 4, להחיל הטיה mV 200-500 פני הנקבובית כדי להשיג מדידת קוטר. בעוד פחות מדויק מהולם עקומת IV, מדידת נקודה אחת יכולה לשמש לבערך להעריך את גודל nanopore במהירות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל דופק 2 שניות של 8 V פני nanopore אחרי תקופת מדידה של לפחות 5 שניות ב400 mV. חישוב הקוטר החדש יהיה בדרך כלל להראות עלייה קטנה מאוד בגודל nanopore (&lt;0.1 ננומטר). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על תהליך זה באופן מחזורי, לסירוגין בין מתחי הגדלה ומדידה כדי להשיג באתר ומדידות של הגדלת קוטר nanopore בזמן אמת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם שיעור צמיחה מהיר יותר הוא רצוי, להגדיל את עוצמת המתח להחיל באופן הדרגתי עד 10 V. צמיחה יהיה בדרך כלל להאיץ כמו הנקבובית מגדילה בשיעור העלייה במוליכות החל 0.03 nS / s # EC &amp;160; ל10 nS / שניות, תלוי בגודל של nanopore, עוצמת השדה החשמלי ומאפייני תמיסת אלקטרוליט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר מגיע לקוטר הרצוי, לעצור את היישום של שדות חשמליים גבוהים. ניתן לעשות זאת באופן אוטומטי באמצעות תוכנת המחשב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר מחדש את מגבר תיקון מהדק לאלקטרודות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכוש IV החדש ונתונים עקבות הנוכחיים ב200 mV כדי לאשר את הקוטר של nanopore ולאמת אותות הנוכחיים רעש נמוך כמו בשלבים 3.2-3.5 לעיל. אם יש צורך, חזור על אוויר ופרוטוקול הרחבת (שלבים 4.1-5.5). </li></ol> 6. ה-DNA טרנסלוקציה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני הוספת מדגם biomolecular, לבצע ניסוי שליטה על מנת להבטיח שאין זיהום במאגר. לרכוש עקבות הנוכחיות תחת פוטנציאל היישומי של 150-300 mV בהעדר כל דגימה כדי לוודא שאין חסימות הנוכחיות זוהו לאחר 2 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוספת דנ&quot;א λ (48.5 kbp גדילים כפולים-) ל&lt;em&gt; מאגר cis לריכוז סופי של 0.5-2 ng / μl. ריפלוקס בעדינות על ידי פיפטה לפחות 10 שניות כדי להבטיח חלוקה הומוגנית של המדגם בכל המאגר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לnanopore העבה 30 ננומטר, להחיל הטיה פוטנציאלית של 150-300 mV למאגר טרנס ולמדוד את הזרם העובר דרך היוני nanopore. לאירועי טרנסלוקציה קצרים מאוד, רצוי לדגום בתדר גבוה (250 קילוהרץ או יותר) בתדירות גבוהה יחסית נמוך לעבור סינון (100 קילוהרץ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפקח הנוכחי היוני באמצעות תוכנה לאיתור חסימות הנוכחיות חולפות כמולקולות translocate דרך nanopore. העקבות הנוכחיות יוניות של טרנסלוקציה המולקולרית ניתן לנתח כדי לקבוע עומק חסימה, משך ותדירות להסיק מידע על המדגם של עניין. לעומת זאת, אם מידע על מולקולות translocating ידוע, מידע זה יכול לשמש כדי לחקור מאפיינים של nanopore עצמו. </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>

יש המחברים אין לחשוף.

שליטה על גודל nanopore היא בעל חשיבות עליונה ביישומי חישת biomolecular. קטרי nanopore חייבים להיות על סדר הגודל של המולקולות שנחקרו, הם חייבים להיות גדולים מספיק כדי להכיל את המדגם אך קטנים מספיק כדי להשיג רעש אות לאופטימלי. בעוד השליטה על הגודל באמצעות השיטה המוצגת של החלת שדות חשמליים גבוהים הוא חד כיווני שבקטרי nanopore הם רק גדלו לאורך כל התהליך, nanopores בקטרים ​​שבין 3-100 ננומטר יכול להיות מיושן, עם דיוק subnanometer. כ3-4 ננומטר נקבוביות יכול להיות מפוברק בקלות באמצעות TEM 23, זה מאפשר לייצור אמין של nanopores מצב מוצק למגוון רחב של יישומים מחיטוט מבנה ssDNA לאינטראקציה של קומפלקסי חלבונים ליגנד מגושמים. בעוד צמיחת nanopore מעל 100 ננומטר יכולה להיות מאוד מהירה ופחות מדויקת, יכולים להיות מועסקים בתנאי הרחבת מתונים יותר כדי להשיג שליטה טובה יותר על התהליך. כמו יםuch, הצעד החשוב ביותר להשגת שליטה אפקטיבית גודל הוא הבחירה של חוזק ומשך דופק על מנת לאזן יעילות גדלה ורמת הדיוק הנדרש בהשגת קוטר נקבובית רצוי. זה מודגש עוד יותר על ידי הגדלה של nanopores דק יותר (עובי 10 ננומטר), שבו הגדלה הוא ציין נטייה נמוכה יותר, אך עוצמת שדה חשמלי דומה. בהתאם לגודל הסופי, זה בדרך כלל אפשרי להגדלת nanopore לקטרים ​​תת -100 ננומטר בכמה דקות. בדומה לכך, תנודות הנוכחיות בתדירות נמוכה גדולות מונעות מחקרי מולקולה בודדת כפי שהיא כמעט בלתי אפשרי להבדיל אותות טרנסלוקציה מרעשי רקע. שלם הרטבת 24, הנוכחות של שאריות הפחמני שנותרו לאחר ייצור ראשוני 25 וספיחה של פסולת על קיר nanopore 13 יכולה להשפיל את איכות אות, הדורשת ניקוי נוסף עם טיפולים כימיים קשים שלעתים קרובות אניnefficacious. מעניין, זה נפוץ פרוטוקולי nanopore מצב מוצק כדי להדגיש את החשיבות של ניקוי nanopore בפתרון Piranha או עם פלזמה חמצן לפני ההרכבה כדי לסייע הרטבה או להסיר כל זיהום שנותר מתהליכי הקידוח, הדמיה וטיפול. אפילו עם טיפול זה, עם זאת, nanopores לעשות לעתים קרובות לא רטוב או ממשיך להפגין רעש גבוה, והפתרון שהוצע לניסיונות כושלים הוא לבצע ניקוי נוסף אשר יכול להיות מאוד זמן רב 14. עם היישום של שדות חשמליים גבוהים, הפרוטוקולים ארוכים הללו לא עשויים להיות נחוצים, בהתאם ליישום. נמצא כי רוב המכשירים יכולים להיות משופצים באתרם באמצעות השיטה המתוארת במסמך זה, צמצום זמן הכנה ואת הצורך להתמודד עם כימיקלים קשים כתוצאה מכך. הצעדים החשובים ביותר במקלי רעש חשמלי הוא עלייה פשוטה במתח ו / או משך דופק להרטיב לחלוטין הנקבובית ולהסיר פסולת באופן רופף בכריכה.Nanopores טופל באופן זה יכול אמין לשמש בניסויי טרנסלוקציה biomolecule, כגון המעבר של דנ&quot;א וחלבונים. אם מולקולות אלה לדבוק בקיר הנקבובית המוביל לאות חשמלי סתום ורועש, ניתן להחילה מחדש פולסים של שדה חשמלי גבוהים כדי להסיר את החסימה ולהחזיר את מאפייני רעש נמוך לניסויים נוספים, ללא unmounting של שבב nanopore מתא fluidic. היישום של שדות חשמליים גבוהים באמצעות ההתקנה המתוארת הוא מוגבל על ידי הדרישה של אספקת כוח חיצונית שיכול להחיל עד 10V ומגבר הנוכחי, שחסרים את הרגישות ואת מאפייני רעש נמוך ברוחב פס גבוה (kHz 1&gt;) עבור חישת מולקולה בודדת. בעוד ניסויי biomolecular טיפוסיים להסתמך על מגבר הנוכחי רעש נמוך שמוגבל ל ± 1 V, זה פשוט כדי לתכנן מערכת אחת שיכול להשיג את שני אוויר גבוה שדה חשמלי ובמדידה נוכחית רגישה עם adjuרווח יציב. למרות מגבלה זו, המעבר מהגדרה אחת לשנייה הוא מהיר ופשוט. בהשוואה לטכניקות קיימות לשליטה בגודל nanopore כגון השימוש של 5 SEM, חמצון וקרום חיטוב 8 תרמיים, שדות חשמליים גבוהים מציעים מתודולוגיה מהירה יותר, מדויקת יותר ופחות יקרה שניתן לבצע על הספסל במעבדה תוך שימוש בציוד סטנדרטי ומספקות מגוון רחב יותר של גדלי nanopore. היכולת במהירות וreproducibly כדי להפחית את הרעש בתדירות נמוכה גם גורמת ייצור ראשוני אמינה יותר ומאריכה את חייו של nanopores מצב מוצק, כפי שניתן להיבנות נקבוביות שימש בעבר לניסויים נוספים. בסך הכל, מעל 95% מnanopores בעוביים שונים ממוזגים עם שדות חשמליים גבוהים הציגו מאפיין רעש בתדירות נמוכה מעט מאוד, מה שהופך אותם מתאימות לחישת biomolecule. ייצור הוא ובכך קל יותר ואמין יותר, מה שהופך את ניסויי nanopore מצב מוצק accessi יותרble לחוקרים ופוטנציאל המאפשרים לדרך למסחור של טכנולוגיות nanopore דרך תהליכי ייצור חזקים יותר.

nanopores-מצב המוצק ביולוגי ולספק אמצעי חישת analytes biomolecular ברמת המולקולה בודדת 1. nanopores הבודד משובץ בדרך כלל בקרום דק מבודד, המספק את הצינור רק לזרם היוני לעבור בין שני מאגרי מים נוזליים. ניצול העקרונות של מוני קולטר בקנה מידה גדולה, ניסויי nanopore מתייחסים לשינויים בזרם היוני כדי לקבוע את האורך, גודל, תשלום וקונפורמציה של ביומולקולות הטעונה כפי שהם מונעים electrophoretically דרך nanopore בנוכחות שדה חשמלי חיצוני. בעוד nanopores הביולוגי כגון α-hemolysin בדרך כלל מציע את רגישות ואת מאפייני רעש נמוך 3 גדולות יותר, bilayer השומנים התמיכה הוא שברירית ושל גודל קבוע, הגבלת התחולה שלהם. nanopores מצב מוצק, לעומת זאת, מיוצרים בניטריד הדק (10-50 ננומטר) סיליקון או קרומי תחמוצת סיליקון ויכול להיות עשוי מsiz שונהes, להיות משולב בקלות עם טכנולוגיות רקיק בקנה מידת 6,7, והם חזקים יותר, ומאפשרים למגוון רחב יותר של תנאי ניסוי. למרות יתרונות אלה, טכנולוגיות nanopore מצב מוצק סובלות מכמה חסרונות מעשיים המגבילים את התועלת שלהם ללימודי biomolecular. בעוד שליטה על גודל nanopore אפשרית, זה הוא בדרך כלל יקר ומייגע כדי להשיג, הדורש ציוד מיוחד וכוח אדם מיומן. לדוגמא, nanopores נקדח על ידי אלומה ממוקדת יון הוכח לאחרונה להתכווץ בתנאי ניסוי ספציפיים במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) 5. בגישות אחרות, nanopores נקדח על ידי מיקרוסקופית אלקטרונים הילוכים (TEM) יכול להרחיב או לכווץ בהתאם לתנאי הקרן והחשיפה לאחר ממסים מימיים 8. במקרים אלה, בטווח השגה בגדלים nanopore מוגבל, קשה לשליטה, ואף בלתי אמין כמו הגודל של nanopore יכול להשתנות בעקבות טיפול כימי אוכאשר שקוע בסביבה נוזלית מסוימת 9. הנוכחי היוני דרך nanopores מצב מוצק יכול לסבול גם מרעש גבוה, המקורות מהם הם נושא שנחקר באינטנסיביות בספרות nanopore 2,3,10,11. בעוד שיטות שונות הוצעו כדי להפחית את הרעש חשמלי, התשואה של nanopores אמין, יציב רעש הנמוך היא בדרך כלל נמוכה. בתצהיר של שאריות הפחמני במהלך קידוח והדמיה יכול להיות השפעה מזיקה על איכות האות החשמלית, שהופך לעתים קרובות הרטבה מלאה אתגר וגורם להיווצרות nanobubbles שיכול להיות קשה להסיר 12. יתר על כן, סתימה של nanopore על ידי מולקולות אנליטי מדרדרת את איכות אות טיוח נקבוביות בלתי שמיש עבור ניסוי נוסף 13,14. בסך הכל, תופעות אלה לצמצם במידה ניכרת תשואה של מכשירי nanopore פונקציונליים ולהגדיל את העלות כרוכה במחקר nanopore של מצב מוצק. Application של מתח עם אלקטרודות Ag / AgCl לייצר שדות חשמליים גבוהים בטווח של 0.15-.3 V / ננומטר מציג פתרון פשוט באופן מפתיע לאתגרים אלה. באמצעות היישום המחזורי של פולסים קצר במתח,, רעש נמוך משטח nanopore אידיאלי נקייה ללימודי מולקולה בודדת הוא מיוצר. חשיפה ממושכת לשדות חשמליים גבוהים יוזמת את הסרת חומר הקרום מהווה את הקיר הנקבובית, וכתוצאה מכך גידול בקוטר nanopore. גידול זה ניתן לשלוט באופן מדויק על ידי כוונון עוצמת הדופק ומשך הזמן. כעקבות הנוכחיות בזות במהלך ניסוי בשל סתימה של nanopore כמולקולות לספוג אל פני השטח nanopore, ניתן לחזור על תהליך זה כדי לשחזר מכשירים סתומים שמקרה אחר היה מושלך. ככזה, התשואה של nanopores הפונקציונלי הוא גדל עוד יותר על ידי היכולת להשתמש באותו המכשיר מספר פעמים. שיטה זו מספקת מספר יתרונות כפי שהוא מתבצע במהירות בנוזל בניסויתנאים, דורש רק ציוד מעבדה סטנדרטי, יכולים להיות אוטומטיים עם תוכנה, ומייצר nanopores באיכות גבוהה הפונקציונלי עם תשואה של מעל 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

nanopores מצב מוצק צמחו ככלי תכליתי לאפיון של ביומולקולות בודדת כגון חומצות וחלבונים 1 גרעין. עם זאת, היצירה של nanopore בקרום בידוד דק נותרת מאתגרת. שיטות ייצור הכוללות מערכות אלומת אלקטרונים ממוקדים מיוחדות יכולות לייצר nanopores מוגדר היטב, אבל התשואה של nanopores אמין ורעש נמוך בקרומים זמינים מסחרי נותרת נמוכה 2,3 ובקרת גודל היא לא טריוויאלי 4,5. הנה, את היישום של שדות חשמליים גבוהים כדי לכוונן את הגודל של nanopore תוך הבטחת ביצועי רעש נמוך אופטימליים מודגם. פולסים קצרים אלה של שדה חשמלי גבוה משמשים לייצור אותות חשמליים טהורים ולאפשר להגדלת של nanopores עם דיוק subnanometer בחשיפה ממושכת. שיטה זו מבוצעת באתר בסביבה מימית באמצעות ציוד מעבדה סטנדרטי, שיפור התשואה והשחזור של יםייצור nanopore-Olid מדינה.

Nanopores שימש במחקר זה שנקדחו ב30 ננומטר או חלונות קרום סיליקון ניטריד העבה 10 ננומטר. בעוד הפרוטוקול המתואר יכול להיות מיושם על nanopores מצב המוצק של חומר שונים מפוברק באמצעות כל שיטה, הם קדחו בדרך כלל על ידי TEM באמצעות פרוטוקולים הוקמו בעבר 11,14. Nanopores נקדח על ידי TEM הוא בדרך כלל בין 4-8 ננומטר בקוטר (איור 2). אמנם יכולים להיות מותקנים שני קרומים העבים 30 ננומטר ו10 ננומטר והתנו באמצעות הפרוטוקול לעיל, הטיות מתח תיארו מתייחסות אלה הנדרשים עבור ממברנות עבות 30 ננומטר, אלא אם כן צוין אחרת. לממברנות של גודל שונה, המתח להחיל צריכה להיות מותאם כדי ליצור שדה חשמלי בטווח של .15-.3 V / ננומטר בתוך nanopore. איור 3 א מציג שתי עקבות מוליכות טיפוסיות של nanopore 10 ננומטר בקרום עבה 30 ננומטר לפני ואחרי טיפול בשדות חשמליים גבוהים. עם ההרכבה חדשה דמלא את nanopore, את הסבירות של קבלת אות הנוכחי יוניים יציב ורועש, מפגין רמה גבוהה של תנודות בתדירות נמוכה, היא גבוהה בדרך כלל. Nanopore שמוצג באיור 3 א מדגיש את ההתנהגות הזאת. המוליכות שלו היא הרבה פחות מהצפוי לnanopore הגודל שלה, ככל הנראה בשל הרטבה לא שלמה. על פי הבקשה של שדות חשמליים גבוהים של 0.27 V / ננומטר בגודל המיוצר על ידי 8 V קטניות (90 פולסים של 2 משך שניות), nanopore הופך רטוב באופן מלא והוא הורחב לאחר מכן ל21 ננומטר בקוטר. בשלב זה, הנקבובית מציג מוליכות יציבה עם מאפייני רעש נמוך. ניתוח כמותי של רעש בnanopores הדומה מוצג כחלקות צפיפות ספקטרלית כוח ב3 ב איור. משרעת הרעש בתדר הנמוך של הנקבוביות unwet ו / או סתומים הוא גבוה מאוד (&gt; 20 הרשות הפלסטינית RMS), הופך אותם לבלתי שמיש בניסוי. לאחר מיזוג עם שדות גבוהים חשמליים, עוצמת רעש בתדרים נמוכים (&lt;10 קילוהרץ) הוא diminisהד בשיעור של עד 3 סדרי גודל ומוכנים לניסויי רעש נמוך. תרשים 4 א מציג מדידה נוכחית טיפוסית כפוטנציאל מיושם הוא פעמו בין שדות חשמליים גבוהים להגדלת ולתקופות מדידת שדה החשמלי נמוכות. אחרי דופק בכל שלאחר מכן, הזרם היוני שנוצר דרך nanopore במתח המדידה (כלומר מוליכות nanopore) מגדיל בסכום סופי. זה מוכיח כי nanopore הוא גדל בגודל, כד הקוטר ניתן להסיק מהמוליכות שלה G בתמיסה של σ מוליכות, המתקרב nanopore כבעל גיאומטריה גלילית של eff L אורך אפקטיבי. בעוד מודלים שונים קיימים לנוגעים מוליכות nanopore לגיאומטריה שלו 17,19-21, ביחס הבא, אשר משלב טווח גיאומטרי והתנגדות קצרה טווח קיימת גישה, הוכח בתוקף לnanopores נקדח-TEM במלח גבוהריכוזים, על פני טווח רחב של קטרים ​​של עניין לטרנסלוקציה dsDNA 17,22. <img alt="" src="/files/ftp_upload/51081/51081eqn.jpg" width="150px" /> ברגע שהוא הגיע לקוטר הרצוי, התהליך נעצר באופן אוטומטי על ידי התוכנה. קוטר nanopore וכתוצאה מכך לאחר מכן ניתן לאשר באמצעות מדידות IV מדויקות, כפי שמוצג באיור 4. חשוב לציין כי nanopores טופל באמצעות שדות חשמליים גבוהים הם מתפקד במלואה. זה אומת על ידי זיהוי של טרנסלוקציה DNA λ, כפי שמוצגים בעקבות המוליכות מוצגות באיור 5 א. בנתון זה, dsDNA הוא מונע באמצעות שני nanopores שהורחבו ל11 ננומטר ו32 ננומטר באמצעות השיטה המתוארת. בכל מקרה, המוליכות הבסיסיות היא יציבה מאוד וחסימות ברורות הם נצפו כמולקולות dsDNA translocate דרך nanopore, בו מוצגות גבוהה אות לאירועי רעש מולקולה בודדת טרנסלוקציה לעומת נקבוביות שלא טופל כי תערוכת רעש גבוה. כפי שניתן לראות בריבועים של הציור 5a, רמות חסימה בדידות מרובות הם נצפו כמולקולות בודדות מקופלות translocate, כצפוי לnanopores בגדלים אלה. היסטוגרמות של מוליכות nanopore במהלך אירועי טרנסלוקציה דרך כל נקבובית מוצגות באיור 5. מאפייני הרעש הנמוך של nanopores לחשוף שיאים ברורים, קלות לפתרון מתאים לנקודת ההתחלה (לא ה-DNA), (גדיל DNA אחד - פרש) יחיד ומדינות כפולות חסימה (שני גדילים ה-DNA - מקופלת). ראוי לציין היא העובדה שהשינוי במוליכות המתאימה למולקולה בודדת dsDNA הכובש הנקבובית הוא שונה עבור nanopores הקטן והגדולים. זה מספק ראיות עקיפות כי היישום של שדות חשמליים גבוהים הוא למעשה הגדלת nanopores הקיים, כפי שאותה משרעת החסימה תהיה ציינה אם נקבוביות או סדקים אחרים נוצרים בtהוא הקרום במהלך התהליך 17. באופן דומה, איור 6 מדגים את האפקטיביות של שדות חשמליים גבוהים להגדלת nanopores המפוברק בממברנות בעובי שונה. הנה, nanopore שנוצר בקרום SiNx 10 ננומטר הוא תחילה unwet באופן חלקי, בו מוצגות מוליכות לא יציבים וקטנות יחסית. על פי הבקשה של חילופין ± 3 V (± 0.3 V / ננומטר) פולסים של משך 4 שניות (30 סך הכל), nanopore הופך רטוב ומציג מאפיינים רביעי אידיאליים עבור נקבובית 3 ננומטר. המתודולוגיה הייתה אז חזר ל400 פולסים שלאחר מכן וnanopore הורחב עד 8 ננומטר. הגדלה זו, שבוצעה בשדות חשמליים דומים אבל הטיה מתח מיושמת נמוך יותר מאשר לnanopores המפוברק בקרומי 30 ננומטר, מראה כי התהליך הוא שדה בעיקר חשמלי מונע. כמצור הנוכחי מיוצר על ידי טרנסלוקציה דרך קרום דק יותר הוא גדול יותר מזה המיוצר בעבה נקבוביות, nanopores בקרומים דקיםטופל באופן זה יכול לשמש כדי לחקור מולקולות קצרות יותר כגון חלבונים עם רגישות מוגברת. <img alt="איור 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51081/51081fig1.jpg" width="600px" /> איור 1. ההרכבה תא nanopore. קרום המכיל סיליקון ניטריד nanopore ממוקם בין אטמי סיליקון אלסטומר, אשר בתורו הדחוס על ידי שני טפלון חצי תאים המכילים מאגרי אלקטרוליט. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51081/51081fig1highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51081/51081fig2.jpg" width="600px" /> איור 2. אוויר nanopore והרחבת הגדרה. nanopore נקדח בקרום 30 ננומטר סיליקון העבה ניטריד (משמאל) מחבר בין שני מאגרי אלקטרוליט.מחשב משמש לשליטה או מגבר התיקון-clamp או אספקה ​​חיצונית כוח (כרטיס DAQ) אשר חלה הטיה פוטנציאלית ברחבי nanopore באמצעות אלקטרודות Ag / AgCl השקוע במאגרי אלקטרוליט. המגבר הנוכחי מעביר את הזרם היוני שנמדד כדי להיות במעקב בזמן אמת באמצעות תוכנת מחשב. נתון זה שונה מ[ 11]. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51081/51081fig2highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51081/51081fig3.jpg" width="600px" /> איור 3. עקבות הנוכחיות לפני ואחרי היישום של שדות חשמליים גבוהים. (א) בעת ההרכבה, וגם לאחר ניקוי עם פתרון Piranha, המוליכות של nanopore אינן יציבות ופחות מהצפוי לנקבובי גלילי 10 ננומטר (כחול). לאחר היישום של 2 פעימות לשנייה של 8 V,nanopore הוא רטוב באופן מלא ומורחב, המציג מוליכות יציבה ויכול לשמש לניסויי biomolecular חישה (ירוק). (ב) חלקות צפיפות ספקטרלית כוחה של nanopore חלקי רטוב והסמיך (כחולה וכתום, בהתאמה). על פי בקשה של 200 פולסים אלפיות של 8 V, nanopores הורטב ופסולת הוסרה (ירוק ואדום, בהתאמה). נתון זה שונה מ[ 11]. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51081/51081fig3highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51081/51081fig4.jpg" width="600px" /> איור 4. Nanopore הרחבת באמצעות שדות חשמליים גבוהים. (א) לסירוגין בין ההרחבה ומדידת הטיות אפשריות (אדום) מגלה שהזרם היוני דרך nanopore (הכחול) מגביר בשלבים סופיים. התנהלות וכתוצאה מכךמדידה אהה ניתן להשתמש כדי להסיק קוטר nanopore. ברגע שהקוטר הרצוי הושג, התהליך נעצר. (ב) מדידות IV מדויקות של מוליכות לאשר כי גדלי nanopore גדלו. מגרשים כאלה לספק הערכה טובה יותר של הגודל הנקבובית יותר מערכים הנוכחיים נקודה אחת כפי שהם יכולים להיות בכושר וההתנהגות הסימטרי וOhmic ניתן לאשר. נתון זה שונה מ[ 11]. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51081/51081fig4highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51081/51081fig5.jpg" width="600px" /> איור 5. טרנסלוקציה DNA דרך nanopores המותנה. (א) התוספת של dsDNA (48.5 kbp) לצד אחד של nanopore בהטיה של 150 mV מייצרת חסימות זמניות בעקבות המוליכות של 11 ננומטר (כחול) וpor 32 ננומטרes (אדום). (ב) היסטוגרמות של המוליכות של כל אחד מnanopores להראות פסגות דיסקרטיות המתאימות לתחילת המחקר, יחידה ואירועים כפולים טרנסלוקציה. נתון זה שונה מ[ 11]. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51081/51081fig5highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51081/51081fig6.jpg" width="600px" /> איור 6. הגדלה של nanopores ב10 קרומי ננומטר. Nanopore בקרום 10 ננומטר במקור מוליכות מעט מאוד תערוכות ומאפיינים רביעי סימטריים (כתום). על פי הבקשה של 30 פולסים של לסירוגין בין ± 3 V (משך שניות 4), מרטיב nanopore ומציג מאפייני IV אידיאליים עם מוליכות עולות בקנה אחד עם זה צפוי לנקבובי 3 ננומטר (כחול). נוספים 400 פולסים של ± 3 V מגדילים nanopore לקוטר של 8 ננומטר(ירוק). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51081/51081fig6highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</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

מתודולוגיה להכנת nanopores מצב מוצק בפתרון לניסויי טרנסלוקציה biomolecular מוצגת. על ידי יישום פולסים קצרים של שדות חשמליים גבוהים, בקוטר nanopore ניתן להגדיל מבוקר בדייקנות subnanometer ומאפייני הרעש החשמלי שלה השתפרו באופן משמעותי. הליך זה מבוצע באתרם באמצעות ציוד מעבדה סטנדרטי בתנאי ניסוי.

כיוון עדין גודל ומזעור הרעש של מצב המוצק Nanopores

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.  מתודולוגיה להכנת nanopores מצב מוצק בפתרון לניסויי טרנסלוקציה biomolecular מוצגת. על ידי יישום פולסים קצרים של שדות חשמליים גבוהים, בקוטר nanopore ניתן להגדיל מבוקר בדייקנות subnanometer ומאפייני הרעש החשמלי שלה השתפרו באופן משמעותי. הליך זה מבוצע באתרם באמצ...

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.

שליטה על גודל, צורה ויציבות של פולימרים מולקולריים במים

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.

אנקפסולציה וחדירות מאפיינים של חלקיקים פלזמה polymerized הולו

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.

אלקטרוליטים קופולימר שתל מצב מוצק עבור יישומי סוללת ליתיום

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.

חד שכבתי לתקשר סימום של משטחי סיליקון וNanowires שימוש בתרכובות זרחן אורגניות

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.

יציקת פרוטוקולים לייצור תא הפתוח קצף אלומיניום על ידי טכניקת השכפול והשפעת על נקבוביות

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.

כימות של ריכוזי מימן שכבות חיצוניות ואת ממשק חומרים בתפזורת באמצעות פרופיל עומק עם ניתוח תגובה גרעיני

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.

נימים מבוססות מכשיר microfluidic צנטריפוגלי עבור גיבוש גודל לשליטה של ​​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.

שימוש של חלקיקים של הקורבן להסיר את ההשפעות של Shot-רעש חורים לתקשר מפוברק על ידי E-הקורה ליתוגרפיה

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.

הכנת Nanosheets Dichalcogenide מתכות מעבר נוזלי-מודבק עם גודל מבוקרת עובי: מדינה לפרוטוקול אמנות

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.

יון ממוקדת קרן פבריקציה נוספת של Nanobatteries המבוסס על LiPON של מצב מוצק ליתיום בחיי עיר בדיקה

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