新设备使用碳纳米管障碍的分子

麻省理工学院的工程师们设计了一个新的技术捕捉难以探测分子,使用森林的碳纳米管。

团队修改了一个简单的微流体通道的阵列垂直对齐碳纳米管-滚的碳原子晶格像铁丝网的小管。研究人员曾设计了一个方法,站在碳纳米管末端,像森林中的树木。通过这种方法,他们创造了一个三维数组的渗透中碳纳米管微流体装置,通过流体可以流。

现在,研究人员考虑到纳米管阵列陷阱某些粒子的能力。要做到这一点,团队涂布数组,一层一层地,交变电荷的聚合物。

“你可以认为每个纳米管在森林里是同中心地涂上不同的聚合物层,”布莱恩·瓦尔德说,麻省理工学院航空航天教授。“如果你画在横截面,就像树的年轮一样。”

根据沉积的层数,研究人员可以创建厚或薄的纳米管,从而调整森林的孔隙度来捕获感兴趣的更大或更小的粒子。

碳纳米管的聚合物涂层也可以化学操作绑定特定bioparticles流经森林。为了测试这个想法,研究人员应用现有技术对纳米管的表面抗体结合前列腺特异抗原(PSA),一个常见的实验目标。种阵列捕获抗原多40%,而数组缺乏聚合物涂层。

瓦尔德说,碳纳米管和多层涂层的结合可以很好地调整微流控设备捕捉到非常小的和罕见的粒子,如某些病毒和蛋白质。

“有小bioparticles包含非常丰富的大量的信息,我们目前没有能力进入即时医疗测试设备如微流控芯片,”瓦尔德说,他是研究报告的合著者。“碳纳米管阵列可以是一个平台,可以目标bioparticle的大小。”

论文的第一作者是埃里森·约斯特,一位工程师前研究生目前Accion系统。其他人在纸上包括研究生Setareh Shahsavari;博士后罗伯塔波兰人;工程学院教授的教学创新加雷斯·麦金利;材料科学与工程教授Michael Rubner, Raymond a和海伦·e·圣劳伦特化学工程教授罗伯特·科恩。

一种多孔的森林

碳纳米管是一个强烈的科学研究的主题,因为他们拥有特殊的电气、机械和光学性质。而他们使用微流体并没有很好地开发,瓦尔德说,碳纳米管是一个理想的平台,因为他们的属性可能会吸引某些纳米级分子操纵。此外,多孔碳纳米管是99%,这意味着空气碳纳米管约为1%和99%。

“你需要什么,”瓦尔德说。“你需要大量的液体流经这种材料剥离所有的数以百万计的颗粒你不想找到并抓住你想找到。”

瓦尔德说,更重要的是一个三维森林的碳纳米管将提供更多的表面面积的目标分子可能会相互作用,与之相比,传统的二维表面微流体。

“捕获效率与表面面积规模,”瓦尔德说。

一个多才多艺的数组

团队集成一个三维数组的碳纳米管微流体装置通过使用化学汽相淀积和光刻生长碳纳米管和模式到硅晶圆片上。然后分组的纳米管成圆森林,高约50微米,宽1毫米宽,数组和集中在3毫米宽,7-millimeter长微流体通道。

研究人员在连续层涂布纳米管交替带电聚合物解决方案为了创建独特的,绑定每个纳米管层。为此,他们每个解决方案通过流动通道,发现他们能够创造一个更加统一的涂料用纳米管的顶部之间的差距森林和通道的屋顶。允许这样的差距解决流,然后下到森林,每个纳米涂层。没有差距,解决方案简单地流淌在森林,涂层外纳米管。

后涂层的纳米管阵列层聚合物溶液,研究人员证明了数组可能准备检测给定的分子,通过治疗抗体通常绑定到前列腺特异抗原(PSA)。他们投入在溶液中含有少量的PSA,发现有效阵列捕获抗原,整个森林,而不是在一个典型的微流体元件的外表面。

瓦尔德说,纳米管阵列是极其多才多艺的,随着碳纳米管可能操纵机械,电、和光学,而聚合物涂料可能捕捉各种粒子发生了化学反应。他说立即目标可能是生物标记液,小于100纳米宽,可以疾病进展的重要信号。

“科学是真的捡这些粒子包含多少信息,它们无处不在,但真的很难找到,即使有大规模的设备,”瓦尔德说。“这种类型的设备实际上所有的特性和功能,允许你去后bioparticles液和真正的东西是纳米尺度。”

这项研究资助,在某种程度上,由美国国家科学基金会。