Nouvelle échelle du nanomètre transistors autoriser sensibles de sondage à l'intérieur des cellules

Bioprobes offre des premières mesures intracellulaires avec un périphérique de semi-conducteurs.

CAMBRIDGE, Massachusetts, chimistes et ingénieurs à l'Université de Harvard ont Cinematica nanowires dans un nouveau type de transistor en forme de V suffisamment petite pour être utilisé pour la vérification de l'intérieur des cellules sensibles.

Le nouveau périphérique, décrit cette semaine dans la feuille de science, est inférieur à de nombreux virus et environ un centième de la largeur des sondes maintenant utilisé pour prendre les mesures cellulaires, qui peuvent être presque aussi importants que les cellules elles-mêmes.Ses modicité est une nette amélioration sur ces écrans sondes, qui peuvent endommager les cellules lors de l'insertion, réduisant l'exactitude ou la fiabilité des données acquises.

«Notre utilisation de ces transistors d'effet - échelle du nanomètre champ, ou nanoFETs, représente la première approche totalement nouvelle intracellulaire des études dans des décennies, ainsi que la première mesure de l'intérieur d'une cellule avec un périphérique de semi-conducteurs,» dit auteur principal Lieber de M. Charles, le professeur Mark Hyman, fils de chimie à Harvard.

Légende : Il s'agit d'une évolutivité schématique d'un capteur électronique kinked-nanowire testent la région intracellulaire d'une cellule.Le périphérique de deux-terminal a une structure tridimensionnelle et flexible avec l'élément du transistor nano-échelle clé synthétiquement intégrées à la pointe de la nanostructure nanowire angle aigu.Nanoprobes 3D modifiés avec bilayers phospholipides Entrez cellules unique d'une manière invasive pour permettre l'enregistrement robuste du potentiel intracellulaire. Crédit : Photo de Charles Lieber, Harvard University. Les restrictions d'utilisation : aucun.

«Les nanoFETs sont le premier outil de mesure électrique de nouveau pour études intracellulaires depuis les années 1960, au cours de laquelle électronique ont considérablement progressé.» Lieber et collègues dire nanoFETs pourraient être utilisées pour mesurer les flux d'ions ou des signaux électriques dans les cellules, en particulier les neurones. Les périphériques pourraient également être munis récepteurs ou ligands pour tester la présence de biochemicals individuels au sein d'une cellule. Les cellules humaines peuvent être comprises dans une taille d'environ 10 microns (millionièmes d'un compteur) pour les cellules nerveuses à 50 microns pour les cellules cardiaques. Alors que les sondes actuels mesurent jusqu'à 5 microns de diamètre, nanoFETs sont de plusieurs ordres de grandeur plus petits : moins de 50 nanomètres (milliardièmes d'un compteur) dans la taille totale, avec le nanowire Sonde se mesure seulement 15 nanomètres de diamètre. À part leur petite taille, deux fonctionnalités permettent une insertion facile de nanoFETs dans les cellules. Tout d'abord, Lieber et collègues trouvent que par revêtement les structures avec un bi-couche phospholipides – sont fabriqués les membranes cellulaires matériau mêmes – les périphériques passent facilement dans une cellule via la fusion de la membrane, un processus liés aux servant à embraser des virus et des bactéries. «Ceci élimine la nécessité de pousser le nanoFETs dans une cellule, car ils sont essentiellement la fusion avec la membrane cellulaire par la machine de la cellule,» a dit Lieber.«Cela signifie aussi insertion de nanoFETs est pas presque aussi traumatisante pour la cellule comme sondes électriques actuelles.Nous avons constaté que nanoFETs peut être inséré et retiré une cellule plusieurs fois sans dommages perceptible à la cellule.Nous pouvons même les utiliser pour mesurer continu-ously comme le périphérique entre et sort de la cellule.»

Deuxièmement, le papier actuel intègre sur les travaux antérieurs par groupe de Lieber d'introduire triangulaire "stereocenters" – essentiellement, articulations 120º fixe – dans nanowires, structures qui avaient précédemment été linéaires de façon rigide.Ces stereocenters, analogues pour les concentrateurs chimiques trouvées dans nombreuses molécules organiques complexes, introduire des vrillages dans les nanostructures 1-D, les transformer des formes plus complexes.

Lieber et ses co-auteurs trouvent que l'introduction de deux angles de 120º dans un nanowire dans l'orientation correcte cis crée un angle unique 60º en forme de V, parfait pour un nanoFET deux volets avec un capteur à l'extrémité du V.Les deux bras peuvent ensuite être reliés à fils pour créer un courant à travers le transistor de l'échelle du nanomètre.###

Co-auteurs du Lieber sur le papier de sciences sont Bozhi Tian, Tzahi Cohen-Karni, Quan Qing, Xiaojie Duan et ping XIe, tous de Harvard Département de chimie et Biologie chimique et Ecole d'ingénieurs et spécialisées.Le travail a été parrainé par les National Institutes of Health et la Fondation McKnight des neurosciences.

Contact : Michael Patrick Rutter mrutter@seas.harvard.edu 617-496-3815 Université Harvard

UCLA chimistes, ingénieurs atteindre le record du monde avec les transistors à grande vitesse graphene

Graphène, un calque d'un atome-une épaisseur de carbone fait, a un potentiel considérable pour faire des appareils électroniques tels que les radios, les ordinateurs et les téléphones plus petits et plus rapides. Mais ses propriétés uniques ont également conduit à des difficultés en intégrant le matériel de ces dispositifs.

Dans un livre publié le 1 septembre dans la feuille de nature, un groupe de chercheurs de l'UCLA démontrer comment ils ont surmonté certaines de ces difficultés pour fabriquer le transistor graphene plus rapide à ce jour.

Avec la mobilité plus élevée de transporteur connus — la vitesse à laquelle les informations électroniques sont transmises par un matériau — graphene est un bon candidat pour radio-fréquence à grande vitesse électronique. Mais les techniques traditionnelles pour la fabrication de matériel souvent entraînent des altérations dans la qualité de l'équipement.

Illustration de la transistor à grande vitesse graphene conçu par les chercheurs de l'UCLA dirigés par Xiangfeng Duan. Le cylindre dans le milieu du transistor est la porte nanowire rotule.

L'équipe de l'UCLA, dirigée par le professeur de chimie et de la biochimie Xiangfeng Duan, a développé un nouveau processus de fabrication pour transistors graphene à l'aide d'un nanowire comme la porte self-aligned. Portes Self-Aligned sont un élément clé de transistors modernes, qui sont des dispositifs semi-conducteurs utilisées pour amplifier et de commuter les signaux électroniques.Portes sont utilisés pour passer le transistor entre les différents États et portes self-aligned ont été développés pour faire face aux problèmes d'alignement rencontrées en raison de l'ampleur de rétrécissement de l'électronique.

Pour développer la nouvelle technique de fabrication, Duan associées à deux autres chercheurs de l'Institut de NanoSystems de Californie à UCLA, Yu Huang, professeure adjointe de la science des matériaux et de l'ingénierie au Henry Samueli School of Engineering et spécialisées et Kang Wang, professeur de génie électrique à l'école Samueli.

«Cette nouvelle stratégie surmonte deux limites précédemment rencontrés dans les transistors graphene,» a déclaré Duan."Tout d'abord, il ne produire les défauts éventuels appréciables dans la graphene au cours de la fabrication, donc la mobilité haute transporteur est conservée. Deuxièmement, en utilisant une approche self-aligned avec un nanowire comme la porte d'embarquement, le groupe a pu surmonter alignement précédemment, difficultés rencontrées et fabriquent des périphériques très court-canal avec des performances sans précédent.»

Ces avances permis à l'équipe de démontrer les transistors de graphene de vitesse plus élevés à ce jour, avec une fréquence de coupure jusqu'à 300 GHz — comparables pour les meilleurs transistors de matériaux d'électrons haute mobilité ces arséniure de gallium ou le phosphure d'indium.

«Nous sommes très enthousiastes à propos de notre approche et les résultats, et nous prenons actuellement des efforts supplémentaires à l'échelle de l'approche et de stimuler davantage la vitesse.» a déclaré Lei Liao, fellow postdoctoraux à UCLA.

Radio-fréquence à grande vitesse électronique peut-être également trouver larges applications micro-ondes technologies de communication, d'imagerie et de radar.###

Le financement de cette recherche provenait de la National Science Foundation et le National Institutes of Health.

L'Institut de NanoSystems de Californie à UCLA est un centre de recherche intégrée d'exploitation conjointement à UCLA et UC Santa Barbara, dont la mission est de favoriser les collaborations interdisciplinaires de découvertes nanosystems et nanotechnologies ; former la prochaine génération de scientifiques, des éducateurs et des leaders technologiques ; et faciliter les partenariats avec l'industrie, fueling de développement économique et le bien-être social de Californie, aux États-Unis et du monde.Le CNSI a été créé en 2000 avec 100 millions de dollars à l'état de Californie et un montant supplémentaire de 250 millions de dollars de subventions de recherche fédéraux et le financement de l'industrie.

À l'Institut, les scientifiques dans les domaines de la biologie, chimie, biochimie, physique, mathématiques, computational science et génie sont de mesure, de modification et manipuler les blocs de construction de notre monde — atomes et des molécules.Ces scientifiques bénéficient une culture de laboratoire intégré leur permettant d'effectuer une recherche dynamique à l'échelle du nanomètre, conduisant à des percées importantes dans les domaines de la technologie de la santé, l'énergie, l'environnement et d'informations.

mrodewald@cnsi.UCLA.edu 310-267-5883 , Université de la Californie--Los Angeles