Reginald C. Farrow en Zafer Iqbal, onderzoekshoogleraren bij NJIT, hebben vandaag een patent gekregen voor een verbeterde methode voor het vervaardigen van arrays van elektrische sondes op nanoschaal. Hun ontdekking kan leiden tot verbeterde diagnostische hulpmiddelen voor het meten van de ruimtelijke variatie van elektrische activiteit in biologische cellen.

Amerikaans octrooi 7, 964, 143 onthult een nanoprobe-arraytechniek die een reeks individuele, verticaal georiënteerde nanobuisjes die met behulp van elektroforese op precieze locaties op elektrische contacten moeten worden geassembleerd. De locatie van elke nanobuis in de array wordt geregeld door een elektrostatische lens op nanoschaal die is vervaardigd volgens een proces dat gewoonlijk wordt gebruikt bij de vervaardiging van geïntegreerde schakelingen.

Het onderzoek verscheen in 2008 in de the Tijdschrift voor vacuümwetenschap en -technologie , getiteld "Gerichte zelfassemblage van individuele verticaal uitgelijnde koolstofnanobuizen." Ondersteuning voor het onderzoek werd verleend door het ministerie van Defensie.

Het aantal nanobuisjes dat op elke locatie wordt afgezet, wordt bepaald door de geometrie van de lens, die het mogelijk maakt om een ​​enkele nanobuis in een venster te deponeren dat veel groter is dan zijn diameter. Na afzetting, elke individuele nanobuis kan worden aangepast om de schacht te isoleren en gevoelig te maken voor een specifiek ion in de cel. De taak wordt bereikt door een geschikt functioneel molecuul of enzym aan de punt van de nanobuis te bevestigen.

De voltooide nanoprobe-array kan worden geconfigureerd om meerdere verschillende elektrochemische gebeurtenissen in kaart te brengen op tijdschalen die alleen worden beperkt door de aard van het contact van de nanobuis met het celmembraan en de snelheid van geïntegreerde schakelingen.

Voor drie verschillende soorten cellen (menselijke embryonale niercellen, muis neuronen, en gist), de NJIT-onderzoekers hebben de elektrische respons op een signaal gemeten. Dit signaal wordt gegenereerd door een paar koolstofnanobuisjes die slechts zes micrometer van elkaar verwijderd zijn. Gistcellen zijn te klein om te meten met de instrumenten die in de industrie het meest worden gebruikt voor het bepalen van de elektrische respons.

De onderzoekers hebben ook aangetoond dat ze enkelwandige koolstofnanobuizen op metalen contacten deponeren in arrays van via's (vensters in een isolator die het metaal blootlegt) op slechts 200 nanometer van elkaar. Ze hebben ook het vermogen aangetoond om elektrochemisch verschillende functionele enzymen te hechten aan verticaal georiënteerde enkelwandige koolstofnanobuizen op verschillende dicht bij elkaar gelegen plaatsen op dezelfde chip.

Zowel het huidige patent als een begeleidend patent dat vorig jaar werd toegekend (7, 736, 979) leren een methode voor het verticaal afzetten van een enkele nanobuis in een elektronische schakeling met behulp van technieken die momenteel worden gebruikt bij de fabricage van computerchips. Dit maakt het mogelijk om elektronische technologie te overbruggen met biologische detectie tot op nanoschaal.

Met behulp van het proces dat elektroforese wordt genoemd, de nanobuisjes in een vloeibare suspensie worden aangetrokken door metalen contacten aan de basis van nauwkeurig gelokaliseerde via's. Elke via wordt opgeladen en werkt als een elektrostatische lens. Zodra de eerste nanobuis is afgezet, wordt het elektrische veld gewijzigd en kan het andere nanobuisjes omleiden van afzetting op het metaal, hoewel de via een diameter kan hebben die meerdere malen groter is dan de diameter van het nanobuiselement.

Deze ontdekking heeft geleid tot de volgende gepatenteerde en gepatenteerde technologieën:een verticale transistor die gebruik maakt van een enkele nanobuis van koolstof van één nanometer, een vlakke biobrandstofcel, en de nanoprobe-array die vandaag is aangekondigd.