Vollständige Befüllung von Nanopipetten-Chargen

10.01.2020 - Japan

Nanopipetten, bei denen ein nanoskaliger Kanal mit einer Lösung gefüllt ist, werden in allen Arten von Nanotechnologie-Anwendungen eingesetzt, auch in der Rastersondenmikroskopie. Das Einbringen einer Lösung in eine Nanopipette mit einem Porendurchmesser unter 10 Nanometer ist jedoch eine Herausforderung, da Kapillarkräfte das vollständige Füllen einer Sub-10-nm-Nanopipettenpore mit einer Flüssigkeit verhindern. Nun haben Shinji Watanabe und Kollegen von der Kanazawa Universität einen einfachen, aber effizienten Weg gefunden, Nanopipetten zu füllen. Die Forscher zeigen, dass die "Luftblase", die normalerweise in der Nähe des Porenendes der Pipette verbleibt, durch einen Temperaturgradienten entlang der Pipette entfernt werden kann.

Die Wissenschaftler untersuchten ihre "thermisch getriebene Methode" an einer Charge von 94 längs nebeneinander angeordneten Pipetten mit einem Porendurchmesser von etwa 10 nm. Die Pipetten wurden auf eine 80 °C warme Metallplatte gelegt, wobei die Spitzen der Pipetten aus der Platte herausragten, wodurch ein Temperaturgradient entstand.

Zeitlich abgelaufene lichtmikroskopische Aufnahmen des Füllvorgangs der Nanopipetten zeigten, dass die Spitzen nach 1200 Sekunden vollständig mit Lösung gefüllt sind und Luftblasen aus den Pipetten ausgetrieben werden.

Um zu überprüfen, ob die Pipetten tatsächlich blasenfrei sind, führten Watanabe und Kollegen sogenannte I-V-Messungen durch. Jede Pipette wurde mit einer Lösung von Kaliumchlorid (KCl) gefüllt, die leitfähig ist. Beide Pipettenenden wurden dann mit Elektroden kontaktiert. Wenn ein elektrischer Strom zwischen den Enden fließt -- speziell, wenn die Pipette eine elektrische Leitfähigkeit unter einigen GΩ hat -- dann ist das Füllen mit der Lösung abgeschlossen. Die Forscher beobachteten die elektrischen Ströme und damit die Füllung für die gesamte Pipettencharge.

Außerdem führten die Wissenschaftler Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) Messungen an Pipetten mit Porendurchmessern unter 10 nm durch. Obwohl die thermisch getriebene Methode zu guten elektrischen Kontakten führt, wurden im Inneren der Nanopipettenspitzen partikelähnliche Strukturen beobachtet, die zeigen, dass (Zitat der Forscher) "die TEM-Beobachtung ohne Verformung der Pipette wichtig ist, um die Eigenschaften von Sub-10-nm-Nanopipetten genau zu bestimmen".

Watanabe und Kollegen kamen zu dem Schluss, dass ihre Methode sehr praktisch und einfach in die Nanopipettenfrabricatio einzuführen ist und dass ihre Studie "einen bedeutenden Beitrag zu verschiedenen Bereichen der Nanowissenschaften mit Nanopipetten leisten wird.

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