The authors would like to thank: David Wishart, Valentyna Semenchenko, Mark McDermott, Michael Woodside, and Albert Cao for their help in developing and preparing the protein conjugates as well as the DNA aptamer; T. M. Fahim Amin, Mosa Sharmin Aktar, and Trevor Olsen for their assistance in the sample preparation, Jonathan Mane for his assistance in generating images of the molecular structures; and the funding sources including the National Research Council of Canada &#8211; National Institute for Nanotechnology (NRC-NINT), Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), and the University of Alberta for supporting the work.

1. הכנת תשתית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במסור מוליכים למחצה חיתוך לחתוך פרוסות סיליקה התמזגה (FS) לסנטימטר 1 × 1 סנטימטר או קוביות קטנות יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגימות נקיות בתמיסת פיראניה (H 2 SO 4: H 2 O 2, 3: 1; זהירות: מחמצן חזק) אמבטיה 28 במשך 15 דקות, ולאחר מכן לשטוף את הקוביות במים ללא יונים ויבשים בחנקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את הדגימות על פלטה חמה עם הפנים כלפי מעלה ב 180 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות. לקרר את הדגימות לאחר הסרת מהפלטה החשמלית לRT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לעיצובי 1 ו -3, המשך לשלב 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לעיצוב 2, למקם את המדגם בתא אלומת אלקטרונים אידוי ומעיל עם שכבת 10 ננומטר של ניקל. </li></ol> 2. המצאה של מסכות PMMA בדוגמת Nano שימוש אלקטרונים Beam ליתוגרפיה (EBL) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין מעיל PMMA להתנגד ושכבות מוליכות על מצעים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בטווית רקיק עם צ&#39;אק ואקום ודגימות מקום בנפרד במרכז בצ&#39;אק. מקום1 טיפה של polymethylmethacrylate (PMMA) להתנגד במרכז הדגימות באמצעות פיפטה זכוכית ספין על 3,500 סל&quot;ד 60 שניות עם זמן רמפה 2 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופים את מצעים ב 180 מעלות צלזיוס במשך 3-5 דקות. לאחר אפיית מצעים, לקרר את הדגימות לRT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם מצעים מקוררים וחזרו לצ&#39;אק הטווה, להפיץ ירידה של פולימר מוליך על פני המצע. ספין המצע במשך 40 שניות בסל&quot;ד 3000 עם זמן רמפה 2 שניות. דגימות אופים בחום של 80 מעלות צלזיוס במשך 1 דקות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע חשיפת EBL לפי 16,17,18,29 הליך הסטנדרטי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בהוראות יצרן, להכין עיצוב חשיפת העסקת מינוני תכונה מטבלת 1 עם גודל צעד קרן הקטן ביותר האפשרי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את המדגם לתוך תא יתוגרפיה אלומת אלקטרונים. אם מערכת EBL אין autofocusing, להשתמש שריטה קטנה ממקום שבי התבנית היא להיחשף ומקצה חרוז לפוקוסing. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בהוראות יצרן, לבצע את הנדרש תוך התמקדות ותיקון אסטיגמציה כמו גם יישור שדה כתיבה כמתאים, ולחשוף את המדגם. כדי לאפשר לפרופיל חשיפה ראוי ואיכות הדפוס הטובה ביותר, השתמש אנרגיית אלומת אלקטרונים 30 קאב ושל 7.5 מיקרומטר צמצם לחשיפות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את פולימר המוליך ולפתח דגימות חשופות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן כוס עם מים ללא יונים (DI) להסרת פולימר המוליך וכוס שנייה בתערובת מפתח (IPA: H 2 O, 7: 3), ומערבבים במשך 5 דקות בRT. הכן isopropanol (טוהר גבוה) בכוס שלישית כסוכן שטיפה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעזרת פינצטה, למקם את הדגימות למים במשך 3 שניות כדי להסיר את סרט פולימר המוליך, ואז למקם את המדגם ליזם ולהעביר את פינצטה לאט מעלה ומטה במשך 20 שניות. מייד להעביר את מצעים לisopropanol ולשטוף במשך 10 שניות יותר, לאחר מכן לייבש את המדגם עם חנקן. </li> &lt;/ Ol&gt; </li></ol> ייצור 3. המתכת האציל ננו <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את הדגימות במהופך למערכת מאייד אלומת האלקטרונים כדי לאפשר למתכת התאדתה להיות מופקד על הפנים הקדמיים של הדגימות. להפקיד רובד עבה Au 10 ננומטר על דוגמאות לעיצובי 1 ו -3, ושכבת 10 ננומטר עבה Ag ​​לעיצוב 2 בשיעור של כ 0.1 nm / sec. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא מערכת sonication לגובה המומלץ עם מים ולמלא כוס נפרדת עם אצטון. הנח פנים מדגם בחלק התחתון של הכוס ולאפשר המדגם לספוג במשך 10 דקות. מחזיק הכוס, למקם אותו לתוך אמבט המים ולאפשר לגובה של אצטון כדי להתאים את הגובה של המים ולהדליק את מערכת sonication. לאפשר sonication להתרחש עד 60 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באותו האופן כפי שפורט בשלב 3.1, להכין מצעי משטח אחידים Au וAg על ידי תצהיר של 10 סרטי מתכת עבים ננומטר על FS (עיצובים 1 ו -3) וFS מצופה ניקל (עיצוב 2) substrates דילוג על שלב 2. </li></ol> 4. ביו-functionalization של מצעים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן דגימות 1 עיצוב: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן פתרון 1 מ&quot;מ של 11 mercaptodecanoic-חומצה (mua) באתנול בRT. Sonicate במשך 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את מצע nanostructured נכון בפתרון של mua במשך 48 שעות. יש לשטוף את המדגם עם אתנול שלוש פעמים ויבשות במשך 5 דקות בRT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן פתרון 75 מ&quot;מ של N -ethyl- N &#39;- carbodiimide (3 propyl (dimethylamino)) (EDC) במי DI. הכן פתרון 15 מ&quot;מ של -hydroxysuccinimide N (NHS) במי DI. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות הפקדת micropipette של NHS 100 μl על Au על המצע, ולהוסיף באופן מיידי של EDC 100 μl באותו האזור. דגירה דקות 1 כדי להפעיל את monolayer העצמי התאספו (SAM) של mua. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים ירידה של 100 μl של חלבון פתרון (47 מיקרומטר) על אותו האזור של המצע ולאחסן את המדגם עבור 24 שעות ב 5 מעלות צלזיוס בד פטרי רב-תאish עם 1 מיליליטר של מים די בתא אחר, ועם כיסוי אטום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את המדגם במי DI 3 פעמים ברציפות על ידי ערבוב הדגימות בכוסות נפרדות במשך 20 שניות בכל כוס. אל תתנו הדגימות לייבש לאחר השטיפה או במהלך השטיפה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך לשלב 5. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 2 דוגמאות עיצוב: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן פתרון 0.9 מ&quot;מ חלבון קושר גלוקוז (GBP) של חיץ פוספט אשלגן (K 2 4 HPO, 25 מ&quot;מ, pH 7.5). הכן פתרון 100 מ&quot;מ של D-גלוקוז במאגר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים 30 μl של 100 פתרון D-גלוקוז מ&quot;מ ו -30 μl של 0.9 מ&quot;מ פתרון GBP באמצעות מיכל פלסטיק 1 מיליליטר microtube וmicropipette. דגירה למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפקדה 20 μl של פתרון GBP ללא יגנד ושל פתרון GBP-מחויב ליגנד כל על מצעים מוכנים באמצעות micropipette. אחסן את הדגימות בשעה 5 מעלות צלזיוס במשך 24 שעות בצלחת פטרי עם מכסה אטום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את הדגימות 3 פעמים בפתרון חיץ פוספט אשלגן ב RT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך לשלב 5. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן עיצוב 3 דוגמאות: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדלל את פתרון דופמין מחייב aptamer (DBA) בריכוז של 1 מיקרומטר באמצעות חיץ טריס EDTA עם pH סופי של 7.4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן פתרון דופמין לריכוז 5 מיקרומטר על ידי מדידת אבקת דופמין על איזון אנליטיים ולערבב אותו שבנאגר מלוח פוספט (PBS) עם חרוז ומערבבים במשך 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפקיד ירידה של 20 μl של פתרון DBA על פני השטח של כל מצע ולתת הדגימות לשבת במשך השעה 1 בRT עם כיסוי על צלחת פטרי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את הדגימות 3 פעמים בחיץ פוספט אשלגן (K 2 4 HPO, 25 מ&quot;מ, pH 7.5). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את הדגימות זקופים על גבי כיתה חדר נקי לנגב להתייבש הישבן תוך שמירת סרט בצד הקדמי של המצע. הגדר מדגם הצידה כביקורת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים ירידה של 5 μl של o פתרון דופמיןn את פני השטח של הירידה הקיימת של פתרון חיץ PBS על הדגימות שנותרו עם ריכוזי דופמין הרצויים. דגירה המדגם עבור 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים ירידה של פתרון דופמין על פני השטח משטח Au ללא aptamer. דגירה של 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את הדגימות בפתרון חיץ פוספט אשלגן 3 פעמים. </li></ol></li></ol> 5. ראמאן ספקטרוסקופיה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים כל דוגמא בתא אטומה למים, כדי למנוע אידוי על ידי חשיפת לייזר. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממלאי מזרק פלסטיק עם גריז אינרטי מבחינה כימית ואקום גבוה, דגימות מקום בשקופיות זכוכית ולוותר כמה מילימטרים של שומן המקיף את הדגימות בלי לגעת בדגימות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים coverslip מיקרוסקופ על גבי מצעים ולחצו בעדינות כלפי מטה כדי ליצור חותם, יצירת ממשק נוזל דק שבין מצעים וcoverslips מבלי לאפשר החיץ לבוא במגע עם גריז הוואקום. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש במערכת מיקרוסקופ ראמאן אופטית, להשיג מיקוד על פני השטח של האזור בדוגמת ננו המתכת להיות נדגמו מבלי להדליק את הלייזר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע דגימת ראמאן 18,19 עם עוצמת לייזר בין 2.4-3.1 mW עם משך זמן כולל של פחות מ -20 שניות כדי למנוע נזק למדגם עם מטרה של הגדלת 10X. לרכוש ספקטרום ראמאן עבור דגימות מעיצובים 1, 2, ו -3 באמצעות אורכי גל העירור כמצוין בטבלה 1. כמו כן לרכוש ספקטרום ראמאן שליטה לפתרונות של חלבון, GBP, ו- D-גלוקוז, ולאבקת דופמין העסקת שקופיות זכוכית ללא מתכת ננו כתומך להשוואה. </li></ol>

<ol>
	<li>Sapsford, K. E., Tyner, K. M., Dair, B. J., Deschamps, J. R., Medlintz, I. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analyzing+Nanomaterial+Bioconjugates:+A+Review+of+Current+and+Emerging+Purification+and+Characterization+Techniques.">Analyzing Nanomaterial Bioconjugates: A Review of Current and Emerging Purification and Characterization Techniques.</a> Anal. Chem. 83, 4453-4488 (2011).</li><li>Walcarius, A., Minteer, S. h. D., Wang, J., Yu, L., Merko&#231;i, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomaterials+for+Bio-Functionalized+Electrodes:+Recent+Trends.">Nanomaterials for Bio-Functionalized Electrodes: Recent Trends.</a> J. Mater. Chem. B. 1, 4878-4908 (2013).</li><li>Kim, J., 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=Applications,+Techniques,+and+Microfluidic+Interfacing+for+Nanoscale+Biosensing.">Applications, Techniques, and Microfluidic Interfacing for Nanoscale Biosensing.</a> Microfluid. Nanofluid. 7, 149-167 (2009).</li><li>Rassaei, L., Singh, P. S., Lemay, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lithography-Based+Nanoelectrochemistry.">Lithography-Based Nanoelectrochemistry.</a> Anal. Chem. 83, 3974-3980 (2011).</li><li>Wong, L. S., Khan, F., Micklefield, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+Covalent+Protein+Immobilization:+Strategies+and+Applications.">Selective Covalent Protein Immobilization: Strategies and Applications.</a> Chem. Rev. 109, 4025-4053 (2009).</li><li>Ley, C., Holtmann, D., Mangold, K. -. M., Schrader, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immobilization+of+Histidine-Tagged+Proteins+on+Electrodes.">Immobilization of Histidine-Tagged Proteins on Electrodes.</a> Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 88, 539-551 (2011).</li><li>Kim, D., Herr, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+Immobilization+Techniques+for+Microfluidic+Assays.">Protein Immobilization Techniques for Microfluidic Assays.</a> Biomicrofluidics. 7, 041501 (2013).</li><li>Anker, J. N., Hall, W. P., Lyandres, O., Shah, N. C., Xhao, J., Van Duyne, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biosensing+with+Plasmonic+Nanosensors.">Biosensing with Plasmonic Nanosensors.</a> Nature Materials. 7, 442-453 (2008).</li><li>Bantz, K. C., 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=Recent+Progress+in+SERS+Biosensing.">Recent Progress in SERS Biosensing.</a> Phys.Chem. 13, 11551-11567 (2011).</li><li>Sharma, B., Frontiera, R. R., Henry, A. -. I., Ringe, E., Van Duyne, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SERS:+Materials,+Applications,+and+the+Future.">SERS: Materials, Applications, and the Future.</a> Mater. Today. 15, 16-25 (2012).</li><li>Kleinman, S. L., Frontiera, R. R., Henry, A. -. I., Dieringer, J. A., Van Duyne, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Creating,+Characterizing,+and+Controlling+Chemistry+with+SERS+Hot+Spots.">Creating, Characterizing, and Controlling Chemistry with SERS Hot Spots.</a> Phys.Chem.Chem.Phys. 15, 21-36 (2013).</li><li>Fan, M., Andrade, F. S., Brolo, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Review+on+the+Fabrication+of+Substrates+for+Surface+Enhanced+Raman+Spectroscopy+and+their+Applications+in+Analytical+Chemistry.">A Review on the Fabrication of Substrates for Surface Enhanced Raman Spectroscopy and their Applications in Analytical Chemistry.</a> Anal. Chim. Acta. 693, 7-25 (2011).</li><li>Cao, Y., Li, D., Jiang, F., Yang, Y., Zh, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+Metal+Nanostructure+for+SERS+Application.">Engineering Metal Nanostructure for SERS Application.</a> J. Nanomater. 123812, 1-12 (2013).</li><li>Glembocki, O., Rendell, R., Alexson, D., Prokes, S., Fu, A., Mastro, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric-Substrate-Induced+Surface-Enhanced+Raman+Scattering.">Dielectric-Substrate-Induced Surface-Enhanced Raman Scattering.</a> Phys. Rev. B. 80, 085416 (2009).</li><li>Merlen, A., 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=Surface+Enhanced+Spectroscopy+with+Gold+Nanostructures+on+Silicon+and+Glass+Substrates.">Surface Enhanced Spectroscopy with Gold Nanostructures on Silicon and Glass Substrates.</a> Surf. Sci. 605, 1214-1218 (2011).</li><li>Muhammad, M., Buswell, S. C., Dew, S. K., Stepanova, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanopatterning+of+PMMA+on+Insulating+Surfaces+with+Various+Anticharging+Schemes+Using+30+keV+Electron+Beam+Lithography.">Nanopatterning of PMMA on Insulating Surfaces with Various Anticharging Schemes Using 30 keV Electron Beam Lithography.</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 29, 06F304 (2011).</li><li>Peters, R., Fito, T., Gutierrez-Rivera, L., Dew, S. K., Stepanova, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+Multilayer+Systems+in+Electron+Beam+Lithography.">Study of Multilayer Systems in Electron Beam Lithography.</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 31, 06F407 (2013).</li><li>Gutierrez-Rivera, L., Peters, R., Dew, S., Stepanova, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+EBL+Fabricated+Nanostrucutred+Substrates+for+SERS+Detection+of+Protein+A+in+Aqueous+Solution.">Application of EBL Fabricated Nanostrucutred Substrates for SERS Detection of Protein A in Aqueous Solution.</a> J. Vac. Sci. Technol.B. 31, (2013).</li><li>Gutierrez-Rivera, L., Peters, R., Dew, S., Stepanova, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-Enhanced+Raman+Spectroscopy+Detection+of+Protein-Ligand+Binding+Using+D-glucose+and+Glucose+Binding+Protein+on+Nanostructured+Plasmonic+Substrates.">Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Protein-Ligand Binding Using D-glucose and Glucose Binding Protein on Nanostructured Plasmonic Substrates.</a> , (2014).</li><li>Peters, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fabrication and Testing of Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Substrates for the Detection of Biomolecules [MSc Thesis]. , (2014).</li><li>Gouda, H., Torigoe, H., Saito, A., Sato, M., Arata, Y., Shimada, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-Dmensional+Solution+Structure+of+the+B+Domain+of+Staphylococcal+Protein+A:+Comparisons+of+the+Solution+and+Crystal+Structures.">Three-Dmensional Solution Structure of the B Domain of Staphylococcal Protein A: Comparisons of the Solution and Crystal Structures.</a> Biochemistry. 31, 9665-9672 (1992).</li><li>Cuneo, M. J., Johnson, S. J., Beese, L. S., Hellinga, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+Resolution+Structure+of+E.+Coli+Glucose/Galactose+Binding+Protein+Bound+with+Glucose.">High Resolution Structure of E. Coli Glucose/Galactose Binding Protein Bound with Glucose.</a> Research Collaboratory for Structural Bioinformatics (RCSB) Protein Data Bank. , (2009).</li><li>Humphrey, W., Dalke, A., Schulten, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=VMD+-+Visual+Molecular+Dynamics.">VMD - Visual Molecular Dynamics.</a> J. Molec. Graphics. 14, 33-38 (1996).</li><li>Walsh, R., DeRosa, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retention+of+Function+in+the+DNA+Homolog+of+the+RNA+Dopamine+Aptamer.">Retention of Function in the DNA Homolog of the RNA Dopamine Aptamer.</a> Biochem. Biophys. Res. Comm. 388, 732-735 (2009).</li><li>Akitomi, J., Kato, S., Yoshida, Y., Horii, K., Furuich, M., Waga, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ValFold:+Program+for+the+Aptamer+Truncation+Process.">ValFold: Program for the Aptamer Truncation Process.</a> Biomed. Inf. 7, 38-40 (2011).</li><li>Han, K., Lee, Y., Kim, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PseudoViewer:+Automatic+Visualization+of+RNA+Pseudoknots.">PseudoViewer: Automatic Visualization of RNA Pseudoknots.</a> Bioinformatics. 18, S321-S327 (2002).</li><li>Dwyer, M. A., Hellinga, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Periplasmic+Binding+Proteins:+a+Versatile+Superfamily+for+Protein+Engineering.">Periplasmic Binding Proteins: a Versatile Superfamily for Protein Engineering.</a> Curr. Opin. Struct. Biol. 14, 495-504 (2004).</li><li>Benson, D. E., Conrad, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+Bioelectronic+Interfaces+by+Exploiting+Hinge-Bending+Motions+in+Proteins.">Design of Bioelectronic Interfaces by Exploiting Hinge-Bending Motions in Proteins.</a> Science. 293, 1641-1644 (2001).</li><li>Bozic, S., Chorzempa, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Pirahna Cleaning. , (2011).</li><li>Mohammad, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raith+150TWO+SOP.">Raith 150TWO SOP.</a> , (2011).</li><li>Schmidt, M. W., 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=General+Atomic+and+Molecular+Electronic+Structure+System.">General Atomic and Molecular Electronic Structure System.</a> J. Comput. Chem. 14, 1347-1363 (1993).</li><li>Bode, B. M., Gordon, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MacMolPlt:+a+Graphical+User+Interface+for+GAMESS.">MacMolPlt: a Graphical User Interface for GAMESS.</a> J. of Mol. Graph. Mod. 16, 133-138 (1998).</li><li>Bright, A., Devi, T. S. R., Gunasekaran, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopical+Vibrational+Band+Assignment+and+Qualitative+Analysis+of+Biomedical+Compounds+with+Cardiovascular+Activity.">Spectroscopical Vibrational Band Assignment and Qualitative Analysis of Biomedical Compounds with Cardiovascular Activity.</a> Int. J. Chem. Tech. Res. 2, 379-388 (2010).</li><li>Bandekar, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amide+Modes+and+Protein+Conformation.">Amide Modes and Protein Conformation.</a> Biochim. Biophys. Acta. 1120, 123-243 (1992).</li><li>Barth, A., Zscherp, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+Vibrations+Tell+About+Proteins.">What Vibrations Tell About Proteins.</a> Quarterly Reviews of Biophysics. 35, 369-340 (2002).</li><li>Chrimes, A. F., Khoshmanesh, K. h., Stoddart, P. R. M. i. t. c. h. e. l. l. A., Kalantar-Zadeh, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics+and+Raman+Microscopy:+Current+Applications+and+Future+Challenges.">Microfluidics and Raman Microscopy: Current Applications and Future Challenges.</a> Chem. Soc. Rev. 42, 5880-5906 (2013).</li><li>Park, S. -. K., Lee, N. -. S., Lee, S. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vibrational+Analysis+of+Dopamine+Neutral+Base+based+on+Density+Functional+Force+Field.">Vibrational Analysis of Dopamine Neutral Base based on Density Functional Force Field.</a> Bull.-Korean Chem. Soc. 21, 959-968 (2000).</li><li>Briand, E., Salmain, M., Comp&#232;re, C., Pradier, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immobilization+of+Protein+A+on+SAMs+for+the+elaboration+of+immunosensors.">Immobilization of Protein A on SAMs for the elaboration of immunosensors.</a> Coll. Surf. B: Biointerfaces. 53, 215-224 (2006).</li><li>Lakowicz, L. R., 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=Radiative+decay+engineering:+2.+Effects+of+Silver+Island+Films+on+Fluorescence+Intensity,+Lifetimes,+and+Resonance+Energy+Transfer.">Radiative decay engineering: 2. Effects of Silver Island Films on Fluorescence Intensity, Lifetimes, and Resonance Energy Transfer.</a> Analytical biochemistry. 301, 261-277 (2002).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

SERS צובר הכרה כטכניקה בעלת עוצמה אדירה של ביו-זיהוי המציעה יתרונות ייחודיים רבים. הקשר עם תנודות מולקולריות מאפשר זיהוי באופן סלקטיבי &quot;טביעות אצבע&quot; של analytes הספציפי מספקטרום SERS, ואילו הרגישות הגבוהה במיוחד מאפשרת איתור כמויות קטנות מאוד של אנליטי 9,10,11,35. יתר על כן, SERS הוא טכניקה הורסות שהוא גם רגיש יחסית למים, ובכך שהוא מתאים היטב לחיטוט חומרים ביולוגיים בסביבה המימית הטבעית שלהם 9. התוצאות שהוצגו להדגיש יתרונות אלה, כמו גם נוספים להפגין פוטנציאל חזק של SERS כטכניקה ללא תווית מאוד גמישה ביו-זיהוי. בשלושת עיצובי העסקת monolayers של מולקולות ביולוגיות-משותק מצע שונים, מצבי ראמאן כבר זיהו כי ניתן לייחס בביטחון לanalytes המסוים. כי זיהוי של מולקולות ביולוגיות אלה, or ligands שלהם, כבר הוכיח העסקת משטחים מישוריים של סיליקה התמזגה כתמיכה במצעי SERS, הופך את העיצובים תואמים עם אלקטרוניקה נוכחית והגדרות מיקרופלואידיקה, מבטיח יישומים רבים ביחס עם ארכיטקטורות המתעוררים ביו-אלקטרוני ממשק חומרים ביולוגיים עם משטחים של אלקטרוני והתקני אלקטרו-כימיים 2,3. חשוב לציין, בשתיים משלושה עיצובי זיהוי SERS הודגם עבור מחייב ספציפי של מולקולות קטנות, כגון גלוקוז ודופמין, המעסיק monolayers של החלבון-משותק פני השטח וaptamer, בהתאמה, כאלמנטי הכרה. עם זאת, יש לקחת כמה היבטי טיפול של על מנת להשיג ביו-זיהוי SERS יעיל בהגדרה &quot;על השבב&quot;. קודם כל, אתגר ידוע שהוא משותף לרוב המולקולות ביולוגיות הוא הנטייה שלהם כדי לבזות, במיוחד כאשר הם נחשפים לתנאים שאינם טבעיים כגון envi היבשronment או אור הלייזר אינטנסיבי. לאורך כל הפרוטוקול, שהדגשנו את החשיבות של שמירה על הדגימות תמיד פונקציונליות ביו השקוע בפתרונות מתאימים במהלך הניסוי כולו, מהכנת הדגימות לרכישת ספקטרום ראמאן. באפשרות השנייה, תא אטום למים מותאמים אישית תוכנן (איור 7), כדי למנוע אידוי של הנוזל במהלך חשיפות לייזר. גם משך החשיפה ועוצמת לייזר צריך להיות מוגבל כמתואר בשלב 5.3 של הפרוטוקול, כדי למנוע נזק של הדגימות. התוצאות של זיהוי SERS נמצאות רגישות לגיאומטריה של המצע המועסק, ובמיוחד את ההפרדה בין התכונה של ננו המתכתי. כפי שעולה מנתוני 8 ו -9, עוצמת SERS של דגימות 1 עיצוב תלוי במידה רבה ברוחב של הפערים בין ננו-נקודות Au על סיליקה התמזגה. מתוך שלושה מערכים של nanodots Au נבדקו in עיצוב זה (איור 8), עוצמת ראמאן הגבוהה ביותר שהושג עם מערכי, שבו יש פערים הצרים בין תכונות Au ולכן הוא מספק שיפור שדה האלקטרומגנטי יעיל יותר. כאיור 9 ממחיש, נדרשת שליטה בהפרדות בין-תכונה ברמה של 10-20 ננומטר או פחות. העסקת EBL עבור בודה מצעי SERS, כפי שהודגם כאן, מספק רזולוציה יעילה במיוחד לשליטה ברוחב של פערים בין-תכונה. עם EBL חיובי טון להתנגד כגון PMMA, בגודל של חורים במסכות PMMA יכול להיות מגוון, פשוט על ידי שינוי מינון החשיפה. לאחר המראה זה תוצאות בגדלים שונים של נקודות מתכת מפוברקות, והרוחב של פערים בין הנקודות עשוי להיות מכוון כרצוי על ידי בחירת חשיפת EBL נכונה מינוני 18. האתגר השני הוא אופטימיזציה של גיאומטריה מצע SERS ליישום ביו-זיהוי ספציפי. למרות שאני השפעת השיפורncreases עם ירידה של הפערים בין-התכונה, הגודל גדול יחסית של מולקולות ביולוגיות מטיל מגבלות על אופן צר הפערים יכולים להיות. הדבר ניכר מן התוצאות עבור עיצוב 2, שבו שיטת הקיבוע היא כזה שהחלבון ביעילות נקשר רק על פני השטח בין נקודות מתכת אצילות, אך לא לעצמם נקודות (ראה איור 3). כפי שעולה מתרשים 10, ספקטרום SERS לרפידות Ag לא מובנים לא מראה שום להקות מאנליטי. למרות הרפידות להציג מבנה ננו-גבישים עם פערים בין-אי דקים מאוד (ראה איור 6F) פערים אלה הם צרים מלהכיל את מולקולת חלבון. עם זאת, ממד נוסף של מורכבות מתווסף כאשר יש חלבון ליגנד המחייב כדי להתגלות. באיור 10, להקות SERS CH הן בולטות יותר בספקטרום מGBP-מחויב ליגנד מאשר באחד ללא יגנד, אשר עשויים להיות מוסבר באופן היפותטי על ידי שינוי בקונפורמציה GBPעל כריכה של D-גלוקוז 2 7,27, וכתוצאה מכך מבנה נוקשה יותר עם ​​פעילות ראמאן מוגברת. אם משווה את שני מצעי nanostructured, להקת CH מחלבון ללא יגנד הוא חזק יותר בספקטרום SERS שהושג עם מצע ננו-נקודות, ואילו שתי להקות החלבון וCH הגלוקוז מהחלבון קשור ליגנד הן בולטות יותר עם ננו-המשושים מצע. שני גורמים צפויים לגרום להבדלים אלה, על זמינותו של מרחב שבין Ag תכונות שבו GBP יכול להיקשר לNi, ואת הרגישות של החלבון-מחויב ליגנד ויגנד חופשי לשיפור האלקטרומגנטי של פיזור ראמאן ב&quot; נקודות חמות &quot; בין תכונות אלה. מצד אחד, דפוס ננו-נקודות מציע אזור בין-תכונה גדולה יחסית שבו ציפוי ניקל זמין לחלבון להיקשר, מה שעשוי להסביר להקת CH בולטת יותר נצפתה עבור GBP ללא גלוקוז במצע ננו-נקודות Ag. מצד השני, בשל struc לא האחיד שלהם<html> ture (ראה איור 6 ד), ננו-משושים Ag יכול להיות נוטים להראות שיפור אלקטרומגנטית חזק יותר בפערים צרים בין איי Ag בתוך ננו-משושים וכתוצאה מלהקות רטט CH חזקות מGBP-מחויב גלוקוז במצע ננו-המשושים. פרטי חלק ממשחק גומלין זה דורשים אימות נוספת, ואופטימיזציה של מצעי SERS לanalytes המורכב של חלבונים גדולים כמו GBP עדיין בצנרת. ברור, זיהוי SERS של יגנד מחייב העסקת מולקולות הביולוגיות משותקות כאלמנט הכרה הוא הקל כאשר רק יגנד הוא ראמאן הפעיל באזור שנבחר, ואילו הרכיבים האחרים אינם. זהו המקרה של 3 עיצוב, שבו להקות SERS הבולט של דופמין קשור aptamer מתקבלות (איור 11). זוג aptamer-דופמין מציג סגוליות מצוינת וספקטרום SERS כולל להקות בולטות ללא כל אות רקע משמעותית. &gt; מראש עתיד של טכנולוגית SERS תווית-תשלום יהיה כרוך בבדיקות נרחבות של שיפור אות SERS &#39;המולקולות הביולוגיות עם מגוון רחב של עיצובי ננו-מבנה פני השטח שונים. השימוש ביתוגרפיה אלומת אלקטרונים ישיר לכתוב לפברק ננו השונים עם רמה מעולה של שליטה על גודל, צורה, והפרדה בין תכונה, בשילוב עם מדגם פרוטוקולי ההכנה שהוצגו כאן, יאפשר להשיג השוואה ואימות צולבת של התוצאות על ידי קבוצות מחקר שונות. זה היה מענה לאתגר הגדול של שחזור כאשר מצעי SERS מיוצרים ההעסקה חלופית &quot;מלמטה למעלה&quot; שיטות 11,12,13, המאפשר לשליטה טובה יותר בגודל של ננו-מבנה המתכת ועמדה כלפי זיהוי אמין של עיצוב מצע אופטימלי למגוון רחב של יישומים. יכולת הרחבה של טכניקות אלה יכול לאחר מכן ניתן לשפר על ידי שילוב של EBL עם שיטות nanolithography משלים כגון ננוליתוגרפיה חותם 19 לכיוון ייצור המוני עתיד של עיצובים בקנה מידה ננומטרי אופטימיזציה שימוש בטכניקות EBL מתכונן.

יכולות לפתח ולאפיין מערכות ננו-ביולוגי המצומד ממשק ננו מוצק ופולימרים ביולוגיים הופכות להיות חשובות יותר ויותר להתקדמות נוספת בטכנולוגיות של הדור הבא ביו-חישה וביו-actuation 1,2. זה כרוך לימודים רב-תחומיים על פני מספר תחומי מחקר, כגון הייצור של רכיבים רלוונטיים של מצב מוצק (אלקטרודות מיקרו או ננו, ציפוי ננו-הנדסה, ננו-חוטים, או חלקיקים) 2,3,4; חוסר תנועה של מולקולות ביולוגיות על המשטחים ליצור bioconjugates הרצוי 5,6,7; וניטור ממשקי ננו-ביולוגי 1. ברוב המקרים, את הבחירה של ייצור אופטימלי, ביו-functionalization, ושיטות אפיון היא בין-קשורה מאוד. ברור, הבחירה של טכניקות nanofabrication תהיה מונעת על ידי הדרישות של רכיבי מצב המוצק של המערכת, להיות תלוי במידה רבה בשיטת זיהוי, אשר בturn נקבע על ידי הטבע של biopolymers המעורב והמטרה של ניטור הממשק. מתוך מגוון רחב של טכניקות מיושמות לאפיין מערכות bioconjugate 1,3, ספקטרוסקופיה המשטח המשופר ראמאן (SERS) התגלה כשיטת מבטיחה ביותר לגילוי של מינים כימיים וביולוגיים על משטחים 8,9,10,11. SERS מעסיק פיזור קשיח של אור מונוכרומטי על ידי מולקולות ביולוגיות-משותק פני השטח (איור 1) ומאפשרות את לכידתו של חתימות ייחודיות המתאימות לתנודות מולקולריות. יכולת זו כדי להבדיל בין מולקולות שונות מבלי לערב תוויות, כימיה מורכבת, או צעדים גוזלים זמן, עושה SERS שיטת פוטנציאל מאוד יעילה של ביו-זיהוי. יתרון חשוב נוסף של SERS הוא הרגישות הגבוהה שלו. העירור של plasmons משטח המקומי על ידי אור אינטראקציה עם ננו האצילי מתכת (מצעי SERS) מגדיל באופן דרמטי intensity של פיזור ראמאן ידי אנליטי, המאפשר זיהוי של כמויות קטנות מאוד של מולקולות, מmonolayers אל גבולו המולקולה בודדת 8,9,10,11. לבסוף, רוב המולקולות ביולוגיות דורשות תמיסות מימיות להיות יציב. בגלל מים לעתים קרובות יש פעילות ראמאן מוגבלת, אות רקע מדגימות מימיות ממוזערת 9. יישומים של SERS הציגו גידול מעריכי בעשור האחרון 10. עם זאת, אתגר הרבה דן בSERS הוא שהשיפור האלקטרומגנטי של פיזור ראמאן תלוי באופן קריטי על הגודל, צורה, והמרווח של ננו המתכת שבו גלי plasmonic מושרים 11,12,13. על מנת להשיג מדידות SERS יעיל לשחזור, שליטה על נדרשת הגיאומטריה המצע בממדים ננומטריים. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/52712/52712fig1.jpg" /> איור 1. Scheme של ספקטרוסקופיית ראמאן משופר פני השטח. שיטות רבות המועסקות לפברק מצעי SERS 11,12,13 ניתן לסווג באופן גס לשיטות מלמטה למעלה ומלמעלה למטה. שיטות מהסוג הראשון להעסיק תהליכים שונים של הרכבה עצמית או סינתזה כימית מכוונת כדי לייצר ננו. לעתים קרובות התייחס דוגמאות כוללות קיבוע של חלקיקי monodisperse על תומך מוצק 11,12,13, תרמית, גמגום, או בתצהיר אלקטרוכימיים של סרטי מתכת מחוספסים 11,12, ושיטות סינתזה כימיות שונות 13. למרות טכניקות כגון נוטות להיות יחסית פשוט וזול, רובם מאותגרים על ידי חוסר שליטה על המיקום של המבנים, ושחזור מדגם למדגם מצומצם. בניגוד לכך, טכניקות ליתוגרפיה מלמעלה למטה להעסיק מכשירי manipulable כגון קורות חלקיקים כדי ליצור דפוסים הרצויים על משטחים. אחד משמש לרובשיטות nanolithography, ליתוגרפיה אלומת אלקטרונים (EBL), מציעה שליטה נהדרת מעל כוללת עד מתחת ל -10 nm וגם גמישות כדי לאפשר לעיצובי מצע שונים על תומך מוצק 11,12. בEBL, אלומת אלקטרונים ממוקדת עד כדי נקודה של ננומטרים ספורים בסריקות קוטר פני שטח של חומר אלקטרונים רגיש (להתנגד) גורם לשינוי כימי באזורים חשופים. לטון חיובי מתנגד כגון polymethylmethacrylate (PMMA), תוצאות חשיפת קרן אלקטרונים בפרדה של שרשרות פולימר ההלחנה להתנגד, שמוביל למסיסות גדלה בממס מתאים (מפתח). התהליך ליתוגרפיה אלומת האלקטרונים כולל ספין ציפוי של שכבה אחידה של להתנגד על מצע; חשיפה של החומר להתנגד הממוקד בתא ואקום עם אלומת אלקטרונים; ופיתוח של המדגם כדי להסיר את האזורים המסיסים. יש לי תומך דיאלקטרי מתחת ננו המתכתי, כגון סיליקה התמזגה, been מוצג להגדיל באופן משמעותי את העוצמות בSERS בשל לוקליזציה של גלי plasmonic בהשוואה לחומרים אחרים כגון סיליקון 14,15. עם זאת דפוסי EBL על מצעים דיאלקטרי, במיוחד בקנה המידה ננומטרי, כרוכים אתגרים משמעותיים בשל לחייב הצטברות במהלך חשיפה. בעבר, שהראינו 16,17 שניתן להתגבר על קשיים אלה על ידי הצבת שכבות פולימר מוליך מעל להתנגד. איור 2 מראה סכמטי של תהליך הייצור הכולל באמצעות חשיפת EBL ופיתוח ואחריו בתצהיר מתכת והמראה לייצר ננו המתכתי על התמזגו תומך סיליקה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52712/52712fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/52712/52712fig2.jpg" /> איור 2. תכנית של דוארlectron יתוגרפיה קרן, בתצהיר מתכת, ותהליך שיגור הצעדים המועסקים לפברק ננו המתכתי על מצעים דיאלקטרי 16-19. במאמר זה, אנו מציגים את כל הרצף של שלבי תהליך כרוכים בייצור מצעי SERS ידי EBL, ביו-functionalization של מצעים, ו אוסף של ספקטרום ראמאן. שלושה עיצובים חקרו בעבודות האחרונות שלנו 18,19 מופנים (ראה איורים 3 ו -4, וטבלה 1). בעיצוב 1, חלבון רקומביננטי הוא משותק על ננו Au-פונקציונליות ביו על תמיכת סיליקה התמזגה (FS) 18, וזיהוי SERS של החלבון בא לידי ביטוי. בעיצוב 2, רקומביננטי חלבון 21,26,27 עם ובלי יגנד (D-גלוקוז) מחייב גלוקוז הוא משותק באמצעות תגי היסטידין ברווחים בין ננו Ag על FS מצופה ניקל, ואת הכריכה של גלוקוז לחלבון הוא זוהה. בעיצוב 3, thiolated DN מחייב דופמיןAptamer 19,23 הוא משותק על ננו Au על FS, ואת הכריכה של דופאמין על ידי aptamer המשותק הוא הוכיח. כולל את כל שלבי הניסוי הרלוונטיים מהכנת מצע לרכישת ספקטרום ראמאן, ונציג של מולקולות ביולוגיות ואסטרטגיות של חוסר תנועה שונות, דוגמאות אלה הן שימושיות עבור מגוון רחב של יישומים, ממחקר חקר חקירת ממשקי ננו-ביולוגי על ידי SERS לפיתוח SERS חיישנים ביולוגיים של מולקולות קטנות המעסיקות חלבונים או aptamer ליגנד מחייב כשיטת הכרה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52712/52712fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/52712/52712fig3.jpg" /> איור 3. ערכות של שלושה עיצובי נציג באמצעות מולקולות ביולוגיות שונות, שיטות של immobilization, ומצע חומרים: (א) חלבון משותק על ננו-הנקודות אצילי מתכת פונקציונליות על ידי monolayer עצמי התאספו (SAM) של חומצת 11-mercaptodecanoic (mua) במי DI; חלבון מתויג היסטידין גלוקוז המחייב (GBP) ומורכב עם D-גלוקוז משותק על פני המצע בין ננו-נקודות מתכת האצילות (B); -הופסק תיאול (C) aptamer דופמין מחייב השלים עם דופמין (DBA) משותק על ננו-נקודות אצילות מתכת. ראה פירוט נוסף בלוח 1. בעיצוב 2 מאויר על ידי פנל (B), מדגם ללא יגנד המקביל היה גם מוכן להשוואה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52712/52712fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/52712/52712fig4.jpg" /> איור 4.מולקולות ביולוגיות המועסקות בשלושה עיצובים: (א) חלבון; חלבון (B) גלוקוז מחייב וD-גלוקוז; (C) דופמין מחייב aptamer DNA ודופאמין. המבנים שלישוני החלבון ב( א) ו- (ב) נלקחים מבנק חלבון נתונים, PDB מזהה 1BDD 20 ו2HPH 21, בהתאמה, ונמשך עם VMD לLINUXAMD64, גרסת 1.9.1 22. המבנה משני aptamer ב( ג) הוא ניבא מהרצף 23 באמצעות ValFold 24 תוכנה ונמשך עם 3.0 PseudoViewer 25. מכתבי G, A, T, C ומתאים לגואנין, אדנין, תימין, ציטוזין ונוקלאוטידים, בהתאמה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52712/52712fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <table border="0" fo:keep-together.within-page="always" cellpadding="0" cellspacing="0" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td></td><td> עיצוב 1 </td&gt; <td> עיצוב 2 </td><td> עיצוב 3 </td></tr><tr><td> Biopolymer </td><td> חלבון </td><td> חלבון קושר גלוקוז (GBP) </td><td> aptamer דופמין המחייב (DBA) </td></tr><tr><td> בינדר </td><td> חומצת 11-Mercaptoundecanoic (mua) monolayer עצמי התאספו (SAM) </td><td> תגי היסטידין </td><td> linkers תיאול </td></tr><tr><td> ליגנד </td><td> אף אחד </td><td> D-גלוקוז </td><td> דופמין </td></tr><tr><td> פתרון </td><td> Deionized מים (DI) </td><td> חיץ פוספט אשלגן </td><td> טריס (hydroxymethyl) aminomethane (טריס) וחומצת ethylenediaminetetraacetic חיץ (EDTA); נאגר מלוח פוספט (PBS) </td></tr><tr><td> מצע </td><td> מבני Au על FS </td><td> מבני Ag על FS מצופה ניקל </td><td> מבני Au על FS </td></tr><tr><td> ar בדוגמתea </td><td> 4 מיקרומטר x 10 מיקרומטר </td><td> 4 מיקרומטר x 8 מיקרומטר </td><td> 4 מיקרומטר x 10 מיקרומטר </td></tr><tr><td rowspan="3"> דפוס </td><td rowspan="3"> נקודות Au, 50 ננומטר המגרש </td><td> נקודות Ag, 40 ננומטר המגרש </td><td> משושים Au, המגרש 200 ננומטר </td></tr><tr><td> משושים Ag, המגרש 200 ננומטר </td><td> רפידות לא מובנים Au </td></tr><tr><td> רפידות לא מובנים Ag </td><td></td></tr><tr><td rowspan="4"> מינוני חשיפת EBL </td><td> נקודות: </td><td> נקודות: 105 μC / 2 סנטימטר </td><td rowspan="4"> משושים: 180 μC / 2 סנטימטר </td></tr><tr><td> מערכי 120 μC / 2 סנטימטר </td><td> משושים: 170 μC / 2 סנטימטר </td></tr><tr><td> מערך השני 96 μC / 2 סנטימטר </td><td></td></tr><tr><td> מערך III 72μC / 2 סנטימטר </td><td></td></tr><tr><td> גל עירור לייזר </td><td> 532 nm </td><td> 532 nm </td><td> 780 nm </td></tr></tbody></table> טבלת 1. שלושה פרויקטי מערכות ננו-ביולוגי.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>11-Mercaptoundecanoic acid (MUA)</td>
			<td>Sigma Aldrich 
			 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.sigmaalrich.com">(www.sigmaalrich.com)</a></td>
			<td>450561&#160; ALDRICH</td>
			<td>Used for surface functionalization in Design 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conductive polymer&#160;</td>
			<td>Mitsubishi Rayon 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.mrc.co.jp">&#160;(www.mrc.co.jp)</a></td>
			<td>aquaSAVE-57xs</td>
			<td>A 70 nm thick&#160; layer is used as anti-charging coating for EBL exposures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-glucose</td>
			<td>Collaborator Lab.</td>
			<td></td>
			<td>Ligand in Design 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dopamine</td>
			<td>Collaborator Lab.</td>
			<td></td>
			<td>Ligand in Design 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dopamine binding aptamer (DBA)</td>
			<td>Integrated DNA Technologies Inc. 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.idtdna.com">(www.idtdna.com)</a></td>
			<td>5&#39;- /Thiol Modifier C6 S-S/&#160;AAAAAAAAAA GTCTCTGTGT GCGCCAGAGA ACACTGGGGC AGATATGGGC CAGCACAGAA TGAGGCCC-3&#39;&#160;</td>
			<td>Biopolymer in Design 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fused silica wafers</td>
			<td>Mark Optics 
			<a href="http://www.markoptics.com/">www.markoptics.com</a></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose binding protein (GBP)</td>
			<td>Collaborator Lab. 
			<a href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/gi%7C145579532">(www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/gi|145579532)</a></td>
			<td>PDB ID 2HPH</td>
			<td>Biopolymer in Design 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High vacuum grease</td>
			<td>Dow Corning 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.dowcorning.com">(www.dowcorning.com)</a></td>
			<td></td>
			<td>Used to seal water-proof chamber, step 5.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen Peroxide 30%, H2O2</td>
			<td>J.T. Baker</td>
			<td></td>
			<td>Used for pirahna solution, step 1.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-ethyl-N&#39;-(3-(dimethylamino) propyl) carbodiimide (EDC)</td>
			<td>Sigma Aldrich 
			<a href="http://www.sigmaaldrich.com/">www.sigmaaldrich.com</a></td>
			<td>03450 FLUKA</td>
			<td>Used for immobilization of biopolymer in Design 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-Hydroxysuccinimide (NHS)</td>
			<td>Sigma Aldrich 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.sigmaaldrich.com">(www.sigmaaldrich.com)</a></td>
			<td>130672 ALDRICH</td>
			<td>Used for immobilization of biopolymer in Design 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium phosphate buffer</td>
			<td>Collaborator Lab.</td>
			<td></td>
			<td>Buffer used in Raman sampling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffered&#160;</td>
			<td>Collaborator Lab.</td>
			<td></td>
			<td>Solvent in Design 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>saline (PBS)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polymethylmethacrylate (PMMA) 950 A2</td>
			<td>MicroChem&#160; 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.microchem.com">(www.microchem.com)</a></td>
			<td></td>
			<td>A 90 nm thick layer is used as EBL positive tone resist</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recombinant protein A</td>
			<td>Protein Mods Inc 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.proteinmods.com">(www.proteinmods.com)</a></td>
			<td>PDB ID 1BDD 
			<a href="http://%28www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1bdd">(www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1bdd)</a></td>
			<td>Biopolymer in Design 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric acid 96%, H2SO4</td>
			<td>J.T. Baker</td>
			<td></td>
			<td>Used for pirahna solution, step 1.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris(hydroxymethyl)aminomethane (TRIS) and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) buffer</td>
			<td>Sigma Aldrich 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.sigmaaldrich.com">(www.sigmaaldrich.com)</a></td>
			<td>T9285 SIGMA</td>
			<td>Buffer in Design 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dicing saw</td>
			<td>Diamond Touch Technology Inc.</td>
			<td></td>
			<td>Used to cut FS wafer, step 1.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>(17301 W Colfax Ave # 152, Golden, CO)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electron beam evaporator</td>
			<td>Kurt J. Lesker 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.lesker.com">(www.lesker.com)</a></td>
			<td></td>
			<td>Used for Au and Ag evaporation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electron beam evaporator</td>
			<td>Johnsen Ultravac (JUV) 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.ultrahivac.com">(www.ultrahivac.com)</a></td>
			<td>JuV E-gun</td>
			<td>Used for Ni evaporation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope cover slips (25 mm)</td>
			<td>Fisher Scientific 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.fishersci.ca">(www.fishersci.ca)</a></td>
			<td>12-545-102</td>
			<td>Used in water-proof chamber, step 5.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope slides (3&#215;1 in.)</td>
			<td>Fisher Scientific 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.fishersci.ca">(www.fishersci.ca)</a></td>
			<td></td>
			<td>Used in water-proof chamber, step 5.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raith 150TWO EBL exposure system</td>
			<td>Raith Inc. 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.raith.com">(www.raith.com)</a></td>
			<td>Raith 150TWO&#160; system</td>
			<td>Used for EBL exposures, step 2.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raman microscope</td>
			<td>Thermo Scientific 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.thermoscientific.com">(www.thermoscientific.com)</a></td>
			<td>Nicolet Almega XR</td>
			<td>Used for Raman spectroscopy, step 5.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sonicator system</td>
			<td>Branson 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.bransonic.com">(www.bransonic.com)</a></td>
			<td></td>
			<td>Used for liftoff and solutions mixing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spinner</td>
			<td>Brewer Spinner and Hotplate 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.brewerscience.com">(www.brewerscience.com)</a></td>
			<td><a name="RANGE!C18">Cee 200X and Cee 1300X</a></td>
			<td>Used to spin-coat PMMA and conductive polymer, step 2.1&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

surface enhanced raman spectroscopy detection of biomolecules using ebl fabricated nanostructured substrates

ייצור ואפיון של מערכות ננו-ביולוגי המצומד ממשק ננו המתכתי על תומך מוצק עם מולקולות ביולוגיות משותקות מדווח. הרצף השלם של צעדים ניסיוניים רלוונטיים מתואר, הכולל ייצור של מצעי nanostructured באמצעות יתוגרפיה אלומת אלקטרונים, חוסר תנועה של מולקולות ביולוגיות על מצעים, ואפיונם ניצול-ראמאן ספקטרוסקופיה משופר קרקע (SERS). שלושה עיצובים שונים של מערכות ננו-ביולוגי מועסקים, כוללים חלבון, חלבון קושר גלוקוז, וaptamer DNA דופמין מחייב. בשני המקרים האחרונים, הכריכה של ligands בהתאמה, D-גלוקוז ודופאמין, כלול גם. שלושה סוגים של מולקולות ביולוגיות הם משותקים על מצעי nanostructured בשיטות שונות, ואת התוצאות של ההדמיה SERS מדווחות. היכולות של SERS כדי לזהות מצבי רטט מחלבונים-משותק פני השטח, כמו גם כדי ללכוד את החלבון ליגנדaptamer ליגנד ד כריכה הם הפגינו. התוצאות גם להמחיש את ההשפעה של הגיאומטריה ננו-מבנה פני השטח, אסטרטגית קיבוע מולקולות ביולוגית, פעילות ראמאן של המולקולות ונוכחות או עדר של יגנד מחייב את ספקטרום SERS רכש.

Watch this Scientific Journal Video about Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates at JoVE.com

Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates

We describe the fabrication and characterization of nano-biological systems interfacing nanostructured substrates with immobilized proteins and aptamers. The relevant experimental steps involving lithographic fabrication of nanostructured substrates, bio-functionalization, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) characterization, are reported. SERS detection of surface-immobilized proteins, and probing of protein-ligand and aptamer-ligand binding is demonstrated.

משטח משופר ראמאן ספקטרוסקופיה איתור של מולקולות ביולוגיות באמצעות EBL מצעי Nanostructured המפוברק

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules ...

surface-enhanced-raman-spectroscopy-detection-biomolecules-using-ebl

Research

JoVE Journal

Engineering

20.1K Views.  University of Alberta. We describe the fabrication and characterization of nano-biological systems interfacing nanostructured substrates with immobilized proteins and aptamers. The relevant experimental steps involving lithographic fabrication of nanostructured substrates, bio-functionalization, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) characterization, are reported. SERS detection of surface-immobilized proteins, and probing of protein-ligand and aptamer-ligand binding is demonstrated. 

Video: Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates

Preparation and Reactivity of Gasless Nanostructured Energetic Materials

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the balls. Among other applications, it is a versatile technique that allows for effective preparation of gasless reactive nanostructured materials with high energy density per volume (Ni+Al, Ta+C, Ti+C). The structural transformations of reactive media, which take place during HEBM, define the reaction mechanism in the produced energetic&#160;composites. Varying the processing conditions permits fine tuning of the milling-induced microstructures of the fabricated composite particles. In turn, the reactivity, i.e., self-ignition temperature, ignition delay time, as well as reaction kinetics, of high energy density materials depends on its microstructure. Analysis of the milling-induced microstructures suggests that the formation of fresh oxygen-free intimate high surface area contacts between the reagents is responsible for the enhancement of their reactivity. This manifests itself in a reduction of ignition temperature and delay time, an increased rate of chemical reaction, and an overall decrease of the effective activation energy of the reaction. The protocol provides a detailed description for the preparation of reactive nanocomposites with tailored microstructure using short-term HEBM method. It also describes a high-speed thermal imaging technique to determine the ignition/combustion characteristics of the energetic materials. The protocol can be adapted to preparation and characterization of a variety of nanostructured energetic composites.

This protocol describes the preparation of gasless nanostructured energetic materials (Ni+Al, Ta+C, Ti+C) using the short-term high-energy ball milling (HEBM) technique. It also describes a high-speed thermal imaging method to study the reactivity of mechanically fabricated nanocomposites. These protocols can be extended to other reactive nanostructured energetic materials.

חומרים אנרגטיים הכנה ותגובתיות של Gasless Nanostructured

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the ...

Characterization of Nanocrystal Size Distribution using Raman Spectroscopy with a Multi-particle Phonon Confinement Model

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The common techniques used for the size analysis are transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and photoluminescence spectroscopy (PL). These techniques, however, are not suitable for analyzing the nanocrystal size distribution in a fast, non-destructive and a reliable manner at the same time. Our aim in this work is to demonstrate that size distribution of semiconductor nanocrystals that are subject to size-dependent phonon confinement effects, can be quantitatively estimated in a non-destructive, fast and reliable manner using Raman spectroscopy. Moreover, mixed size distributions can be separately probed, and their respective volumetric ratios can be estimated using this technique. In order to analyze the size distribution, we have formulized an analytical expression of one-particle PCM and projected it onto a generic distribution function that will represent the size distribution of analyzed nanocrystal. As a model experiment, we have analyzed the size distribution of free-standing silicon nanocrystals (Si-NCs) with multi-modal size distributions. The estimated size distributions are in excellent agreement with TEM and PL results, revealing the reliability of our model.

We demonstrate how to determine the size distribution of semiconductor nanocrystals in a quantitative manner using Raman spectroscopy employing an analytically defined multi-particle phonon confinement model. Results obtained are in excellent agreement with the other size analysis techniques like transmission electron microscopy and photoluminescence spectroscopy.

אפיון התפלגות גודל ננו באמצעות ראמאן ספקטרוסקופיה עם דגם Phonon מאסר רב-חלקיקים

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The ...

Resonance Raman Spectroscopy of Extreme Nanowires and Other 1D Systems

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the presence of carbon nanotubes. These nanowires are extreme in the sense that they are the limit of miniaturization of nanowires and their behavior is not always a simple extrapolation of the behavior of larger nanowires as their diameter decreases. The paper then describes the methods required to obtain Raman spectra from extreme nanowires and the fact that due to the van Hove singularities that 1D systems exhibit in their optical density of states, that determining the correct choice of photon excitation energy is critical. It describes the techniques required to determine the photon energy dependence of the resonances observed in Raman spectroscopy of 1D systems and in particular how to obtain measurements of Raman cross-sections with better than 8% noise and measure the variation in the resonance as a function of sample temperature. The paper describes the importance of ensuring that the Raman scattering is linearly proportional to the intensity of the laser excitation intensity. It also describes how to use the polarization dependence of the Raman scattering to separate Raman scattering of the encapsulated 1D systems from those of other extraneous components in any sample.

The paper describes a method for producing extreme nanowires by melt infiltration into carbon nanotubes and how 1D systems may be characterized and investigated using Resonance Raman Spectroscopy to determine vibrational and optical excitation energies.

תהודה ראמאן ספקטרוסקופיה של Nanowires אקסטרים מערכות 1D אחרים

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the ...

The Measurement of Unsteady Surface Pressure Using a Remote Microphone Probe

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various characteristic length scales can result in pressure fluctuations over a wide frequency range. This property of turbulence requires sensing devices to have sufficient sensitivity over a wide range of frequencies. Furthermore, the small characteristic length scales of turbulent structures require small sensing areas and the ability to place the sensors in very close proximity to each other. The complex geometries of the solid bodies, often including large surface curvatures or discontinuities, require the probe to have the ability to be set up in very limited spaces. The development of a remote microphone probe, which is inexpensive, consistent, and repeatable, is described in the present communication. It allows for the measurement of pressure fluctuations with high spatial resolution and dynamic response over a wide range of frequencies. The probe is small enough to be placed within the interior of typical wind tunnel models. The remote microphone probe includes a small, rigid, and hollow tube that penetrates the model surface to form the sensing area. This tube is connected to a standard microphone, at some distance away from the surface, using a "T" junction. An experimental method is introduced to determine the dynamic response of the remote microphone probe. In addition, an analytical method for determining the dynamic response is described. The analytical method can be applied in the design stage to determine the dimensions and properties of the RMP components.

Here, we present a protocol to measure, with high spatial resolution, the unsteady surface pressure in turbulent flows. This method demonstrates the construction of a remote microphone probe (RMP) and the determination of its frequency-dependent, complex transfer function. An analytical determination of the dynamic response is presented and validated.

המדידה לחץ Surface בלתי עמיד באמצעות בדיקת מיקרופון מרחוק

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

חקירת Layer פליטה ספקטרליים Boundary במהלך פולשני חומר בדיקה ב Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

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 ...

Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high external quantum efficiencies (EQE) and spans the whole visible spectrum. It has been recently reported that the UV excited luminescence of partially Li-exchanged sodium Linde type A zeolites [LTA(Na)] containing luminescent silver clusters can be controlled by adjusting the water content of the zeolite. These samples showed a dynamic change in their emission color from blue to green and yellow upon an increase of the hydration level of the zeolite, showing the great potential that these materials can have as luminescence-based humidity sensors at the macro and micro scale. Here, we describe the detailed procedure to fabricate a humidity sensor prototype using silver-exchanged zeolite composites. The sensor is produced by suspending the luminescent Ag-zeolites in an aqueous solution of polyethylenimine (PEI) to subsequently deposit a film of the material onto a quartz plate. The coated plate is subjected to several hydration/dehydration cycles to show the functionality of the sensing film.

A protocol for the synthesis of moisture-responsive luminescent Ag-zeolite composites is described in this report.

מרוכבים Nanostructured Ag-זאוליט כמו חיישנים לחים מבוססות הארה

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

ייצור טמפרטורה גבוהה של Nanostructured yttria התייצב-Zirconia (YSZ) פיגומים על ידי<em&gt; באתרו</em&gt; Xerogels בניית תבנית פחמן

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Preparation of Janus Particles and Alternating Current Electrokinetic Measurements with a Rapidly Fabricated Indium Tin Oxide Electrode Array

This article provides a simple method to prepare partially or fully coated metallic particles and to perform the rapid fabrication of electrode arrays, which can facilitate electrical experiments in microfluidic devices. Janus particles are asymmetric particles that contain two different surface properties on their two sides. To prepare Janus particles, a monolayer of silica particles is prepared by a drying process. Gold (Au) is deposited on one side of each particle using a sputtering device. The fully coated metallic particles are completed after the second coating process. To analyze the electrical surface properties of Janus particles, alternating current (AC) electrokinetic measurements, such as dielectrophoresis (DEP) and electrorotation (EROT)- which require specifically designed electrode arrays in the experimental device- are performed. However, traditional methods to fabricate electrode arrays, such as the photolithographic technique, require a series of complicated procedures. Here, we introduce a flexible method to fabricate a designed electrode array. An indium tin oxide (ITO) glass is patterned by a fiber laser marking machine (1,064 nm, 20 W, 90 to 120 ns pulse-width, and 20 to 80 kHz pulse repetition frequency) to create a four-phase electrode array. To generate the four-phase electric field, the electrodes are connected to a 2-channel function generator and to two invertors. The phase shift between the adjacent electrodes is set at either 90&#176; (for EROT) or 180&#176; (for DEP). Representative results of AC electrokinetic measurements with a four-phase ITO electrode array are presented.

In this article, a simple method to prepare partially or fully coated metallic particles and to perform AC electrokinetic property measurements with a rapidly fabricated indium tin oxide (ITO) electrode array is demonstrated.

הכנת חלקיקים Janus ומדידות זרם Electrokinetic הנוכחי עם המהדהד אינדיום פח תחמוצת אלקטרודה מערך

This article provides a simple method to prepare partially or fully coated metallic particles and to perform the rapid fabrication of electrode arrays, ...

Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due to their long coherence time and their capability to manipulate and detect individual quantum bits (qubits). In more recent years, microfabricated surface ion traps have received more attention for large-scale integrated qubit platforms. This paper presents a microfabrication methodology for ion traps using micro-electro-mechanical system (MEMS) technology, including the fabrication method for a 14 &#181;m-thick dielectric layer and metal overhang structures atop the dielectric layer. In addition, an experimental procedure for trapping ytterbium (Yb) ions of isotope 174 (174Yb+) using 369.5 nm, 399 nm, and 935 nm diode lasers is described. These methodologies and procedures involve many scientific and engineering disciplines, and this paper first presents the detailed experimental procedures. The methods discussed in this paper can easily be extended to the trapping of Yb ions of isotope 171 (171Yb+) and to the manipulation of qubits.

This paper presents a microfabrication methodology for surface ion traps, as well as a detailed experimental procedure for trapping ytterbium ions in a room-temperature environment.

שיטות נסיוניות שמחייב יונים באמצעות Microfabricated על פני השטח מלכודות יונים

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due ...