南京大学余林蔚教授、徐骏教授Nano Lett.:在纳米生物探针可编程生长制备和集成应用上取得新突破
点击蓝字关注我们
高灵敏度空间/时间分辨生物细胞电信号探测(high spatiotemporal resolution intracellular electric signal detection)是跟踪细胞生理动态、探索神经元信息交互逻辑和开发新型精准给药及基因治疗技术的基础共性需求。一维半导体纳米线是实现超高灵敏度场效应探测的最理想沟道单元,近年来在生物和化学气氛探测领域受到了广泛的研究关注。近期,哈佛大学Lieber教授等研究团队在Nature、Science等顶级期刊报道相继报道:如能将超细晶硅纳米线弯折成为突出的悬空回路探针,可以很方便地对单个细胞进行高灵敏度无损伤探测。相比于传统基于液体交换和离子导电的膜片钳技术,这种“自带电回路”的硅纳米线探针(Si nanowire probes, SiNPs)可以无损伤地插入活细胞内部,对单个或多个接触微区局部动态电信号进行高倍数场效应放大、实时探测和稳定跟踪。然而,目前研究中所用的纳米探针只能通过随机VLS生长或液体冲刷定形方式获得,无法可靠批量制备,更难以根据应用需求对探针形貌、夹角及多通道设计进行有效调控,因此难以实现大规模器件集成应用。
针对此技术挑战,南京大学余林蔚、徐骏教授团队基于自主创新的平面纳米线(In-plane solid-liquid-solid, IPSLS)生长模式1-10,利用平面纳米线可精确引导生长的特点,首次实现了晶硅纳米线探针阵列的宏量制备,并发展了一系列关键的纳米探针可靠电极制备、批量悬空转移和分级封装连接技术。成功展示了丰富的可定制形貌探头结构:探针角度30-120°连续可调、曲率半径<300纳米以及三角或圆形探点构架。针对细胞接触/插入应用,对所制备的悬空纳米探头结构的力学特性进行了深入系统地原位实验验证和模拟力场分析,并成功地在液滴/细胞环境中开展了场效应探测功能验证。此纳米探针制备技术的突破为开发更为先进的生物细胞探测和操控功能应用提供了理想的平台,更有望大幅降低高精度纳米探针器件的制备成本(降低2~3个数量级),从而打破限制纳米探针规模应用的关键技术壁垒,进一步激活更为多样化的生物神经元/心肌细胞机理研究、仿生计算、精准给药和基因编辑等前沿应用探索。
该工作近期以“Ab Initio Design, Shaping, and Assembly of Free-Standing Silicon Nanoprobes”发表于Nano Letters 21, DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04804 (2021)。其中,南京大学电子科学与工程学院刘宗光副研究员为第一作者,余林蔚教授为通讯作者。此工作得到了南京大学施毅教授和王军转副教授的大力支持,以及国家自然科学基金委面上、重点和博士后基金项目资助,在此表示感谢!
原文链接
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c04804
相关进展
南洋理工浦侃裔/华中大张燕/苏大苗庆庆 Angew:激活型聚合物纳米探针用于近红外荧光/光声T淋巴细胞检测
免责声明:部分资料来源于网络,转载的目的在于传递更多信息及分享,并不意味着赞同其观点或证实其真实性,也不构成其他建议。仅提供交流平台,不为其版权负责。如涉及侵权,请联系我们及时修改或删除。邮箱:chen@chemshow.cn
扫二维码|关注我们
微信号 : Chem-MSE
欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程产学研方面的稿件至chen@chemshow.cn,并请注明详细联系信息。化学与材料科学®会及时选用推送。