An apparatus based on an atomic force microscope for implementing tip-controlled local breakdown.

Sebuah aparatus berbasis mikroskop gaya atom untuk mengimplementasikan dadal lokal yang dikendalikan ujung.

Um aparato baseado em microscópio de força atômica para a implementação de ruptura local controlada por ponta.

อุปกรณ์บนพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมสำหรับการทำให้เกิดการพังทลายเฉพาะที่ซึ่งควบคุมด้วยหัวเข็ม

Clicks: 409
ID: 74212
2019
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Readership in this journal
Emerging

Ranked #7 of 39 articles by views in The Review of scientific instruments

Most read Least read

Bar heights use a square-root scale.

Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Sign in to mint
Abstract
Solid-state nanopores are powerful tools for sensing of single biomolecules in solution. Fabrication of solid-state nanopores is still challenging, however; in particular, new methods are needed to facilitate the integration of pores with larger nanofluidic and electronic device architectures. We have developed the tip-controlled local breakdown (TCLB) approach, in which an atomic force microscope (AFM) tip is brought into contact with a silicon nitride membrane that is placed onto an electrolyte reservoir. The application of a voltage bias at the AFM tip induces a dielectric breakdown that leads to the formation of a nanopore at the tip position. In this work, we report on the details of the apparatus used to fabricate nanopores using the TCLB method, and we demonstrate the formation of nanopores with smaller, more controlled diameters using a current limiting circuit that zeroes the voltage upon pore formation. Additionally, we demonstrate the capability of TCLB to fabricate pores aligned to embedded topographical features on the membranes.
Nanopori *solid-state* merupakan instrumen yang ampuh untuk penginderaan biomolekul tunggal dalam larutan. Kendati demikian, fabrikasi nanopori *solid-state* masih menjadi tantangan; khususnya, metode-metode baru diperlukan untuk memfasilitasi integrasi pori dengan arsitektur perangkat nanofluida dan elektronik yang lebih besar. Kami telah mengembangkan pendekatan *tip-controlled local breakdown* (TCLB), di mana ujung mikroskop gaya atom (*atomic force microscope*, AFM) dikontakkan dengan membran silikon nitrida yang ditempatkan di atas reservoar elektrolit. Penerapan bias tegangan pada ujung AFM menginduksi dadalan dielektrik yang mengarah pada pembentukan nanopori pada posisi ujung tersebut. Dalam penelitian ini, kami melaporkan rincian aparatus yang digunakan untuk memfabrikasi nanopori menggunakan metode TCLB, dan kami mendemonstrasikan pembentukan nanopori dengan diameter yang lebih kecil dan lebih terkontrol menggunakan rangkaian pembatas arus yang menolkan tegangan saat pori terbentuk. Selain itu, kami mendemonstrasikan kemampuan TCLB untuk memfabrikasi pori yang selaras dengan fitur topografi tertanam pada membran.
Os nanoporos de estado sólido são ferramentas poderosas para a detecção de biomoléculas individuais em solução. No entanto, a fabricação de nanoporos de estado sólido ainda representa um desafio; em particular, novos métodos são necessários para facilitar a integração dos poros a arquiteturas maiores de dispositivos nanofluídicos e eletrônicos. Desenvolvemos a abordagem de ruptura local controlada por ponta (TCLB), na qual uma ponta de microscópio de força atômica (AFM) é colocada em contato com uma membrana de nitreto de silício posicionada sobre um reservatório de eletrólito. A aplicação de uma tensão de polarização na ponta do AFM induz uma ruptura dielétrica que leva à formação de um nanoporo na posição da ponta. Neste trabalho, relatamos os detalhes do aparato utilizado para fabricar nanoporos pelo método TCLB e demonstramos a formação de nanoporos com diâmetros menores e mais controlados, utilizando um circuito limitador de corrente que zera a tensão no momento da formação do poro. Além disso, demonstramos a capacidade do TCLB de fabricar poros alinhados a características topográficas integradas nas membranas.
โซลิดสเตตนาโนพอร์เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการตรวจวัดชีวโมเลกุลเดี่ยวในสารละลาย อย่างไรก็ตาม การสร้างโซลิดสเตตนาโนพอร์ยังคงมีความท้าทาย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความจำเป็นในการพัฒนาวิธีการใหม่เพื่อเอื้อต่อการบูรณาการรูพรุนเข้ากับสถาปัตยกรรมของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์ของไหลระดับนาโนที่มีขนาดใหญ่กว่า คณะผู้วิจัยได้พัฒนาแนวทางการพังทลายเฉพาะที่ซึ่งควบคุมด้วยปลายหัววัด (tip-controlled local breakdown: TCLB) โดยการนำปลายหัววัดของกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) มาสัมผัสกับแผ่นเมมเบรนซิลิคอนไนไตรด์ที่วางอยู่บนช่องกักเก็บสารละลายอิเล็กโทรไลต์ การป้อนแรงดันไฟฟ้าไบแอสที่ปลายหัววัด AFM จะเหนี่ยวนำให้เกิดการพังทลายของไดอิเล็กทริก (dielectric breakdown) ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของนาโนพอร์ ณ ตำแหน่งของปลายหัววัด ในงานวิจัยนี้ เราได้รายงานรายละเอียดของชุดอุปกรณ์ที่ใช้ในการสร้างนาโนพอร์ด้วยวิธี TCLB พร้อมทั้งแสดงให้เห็นถึงการสร้างนาโนพอร์ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กลงและควบคุมได้แม่นยำยิ่งขึ้น โดยการใช้วงจรจำกัดกระแสไฟฟ้าที่ปรับแรงดันไฟฟ้าให้เป็นศูนย์ทันทีที่เกิดรูพรุน นอกจากนี้ เรายังแสดงให้เห็นถึงขีดความสามารถของวิธี TCLB ในการสร้างรูพรุนที่ตรงแนวกับลักษณะโครงสร้างพื้นผิวที่ฝังตัวอยู่บนแผ่นเมมเบรนอีกด้วย
Reference Key
stdenis2019anthe Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors St-Denis, T;Yazda, K;Capaldi, X;Bustamante, J;Safari, M;Miyahara, Y;Zhang, Y;Grutter, P;Reisner, W;
Journal The Review of scientific instruments
Year 2019
DOI
10.1063/1.5129665
URL
Keywords
vitamin E drug delivery solid lipid nanoparticles (slns) solvent injection-homogenization technique α-tocopherol acetate

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

Comments

No comments yet. Be the first to comment on this article.