Crecimiento de nanotubos de carbono y su aplicación a biosensores. Ernest Mendoza Institut Català de Nanotecnologia
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- Jorge Blanco Padilla
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1 Crecimiento de nanotubos de carbono y su aplicación a biosensores Ernest Mendoza Institut Català de Nanotecnologia Ernest.Mendoza.icn@uab.es
2 Contenido Que es un nanotubo de carbono? Crecimiento de nanotubos de carbono Polímeros con CNTs: materiales estructurales Fabricación de dispositivos basados en CNTs Sensores de gases basados en CNTs Biosensores basados en CNTs
3 Que es un nanotubo de carbono?
4 Formas alotrópicas del carbono
5 Grafito
6 Que es un CNT? ~ 1.2 nm < ~ 50 nm Nanotubo Monocapa (SWCNT) Nanotubo Multicapa
7 Que es un CNT? 2000 veces mas pequeño 1 pelo humano ~ 100 m 100 m = nm veces mas pequeño
8 Que es un CNT? Propiedades Electricas: Metales/Semiconductores Densidad: g/cm 3 (Aluminio: 2.7g/cm 3 ) Propiedades mecanicas: Pa (Acero Pa) Transporte de corriente: 10 9 A/cm 2 (Cobre: 10 6 A/cm 2 ) Transporte de calor: 6000 W/mK (Diamante: 3320 W/mK) Precio: ~ 1000 /g
9 Ascensor espacial The biggest technical obstacle is finding a material strong but light enough to make the cable; this is where the carbon nanotubes come in. These are microscopically thin tubes of carbon that are as strong as diamonds but flexible enough to turn into fibre. In theory, a nanotube ribbon about one metre wide and as thin as paper could support a space elevator. No scientist has yet succeeded in making such a fibre,.. Guardian, David Adam, science correspondent Saturday September 13, 2003
10 Crecimiento de CNTs
11 Crecimiento de CNTs Descarga de arco Ablación láser 500torr He S. Iijima, Nature (1991) A. Thess et al. Science (1996) Su síntesis requiere alta energía Se producen muchas impurezas
12 Crecimiento de CNTs Deposito de vapores químicos (CVD) Fuente de carbono gaseosa (CH4) Utilizacion de catalizadores sobre sustrato Menor energía requerida
13 Síntesis de CNTs C 2 H 2 y N 2 Ánodo Voltage -500V sample Cátodo 700 o C
14 Crecimiento por CVD C 2 H 2 C 2 H 2 C C R.T.K. Baker, Carbon, (1989) Helveg et al. Nature 427, 426 (2004)
15 La partícula catalizadora
16 Polímeros con CNTs
17 Compuestos CNT-Polímero
18 Aplicaciones CNT-Polímero La inclusion de CNT en compuestos de fibras de carbono refuerza la estructura. Aplicaciones: bicicletas, palos de golf y hockey De momento aplicaciones limitadas por el alto coste pero se prevé un buen mercado para los polimeros reforzados con CNTs
19 El material perfecto para sensores Gran superficie especifica Buenas propiedades mecánicas Estabilidad química La R varia cuando las moléculas se adsorben en la superficie!!!
20 Fabricación de dispositivos basados en CNTs Tamaño: ~ 1-20 nm diámetro longitud nm
21 Tecnología vs Investigación Técnicas Escalables!!!
22 Fabricación de dispositivos CNTs crecen solamente donde hay catalizador
23 Fabricación de dispositivos Dielectrofóresis para atraer los CNTs des de una solución
24 Fabricación de dispositivos Fibras macroscópicas de CNTs
25 Aplicaciones medioambientales Sensores de gases basados en CNTs
26 Sensores de gases n doping p doping Sensores convencionales operan a alta temperatura (~ 400 C) J. Kong et al, Science 287, 622 (2000)
27 Sistema experimental Aire sintético NO 2 : ppm NH 3 : ppm H 2 : ppm
28 Resultados 5 NH ppm 1000 ppm 50 ppm 100 ppm Response ppm 1 ppm -5 5 ppm NO 2 10 ppm Time (s) no completamente reversible a alta temperatura
29 Hasta ahora... Los CNTs se pueden utilizar como sensores Podemos conseguir SELECTIVIDAD??
30 Electrodeposito de Pd Pd cataliza la descomposición de H 2
31 Sensores de hidrogeno 0 Response (%) ppm 750 ppm ppm 150 ºC Time (s)
32 Los CNTs se pueden modificar para detectar sustancias predeterminadas!
33 Biosensores basados en CNTs
34 Que es un biosensor? Selective analyte recognition Chemical signal Electrical or other signal Recognition element Transducer Amplification and output
35 Nanotecnologia: lecciones de la naturaleza Professor Rogers, Vanderbilt University
36 Nanotecnologia: donde realmente estamos?
37 Biosensores Los organismos utilizan enzimas, anticuerpos, para interactuar con el entorno. Funcionalización de la superficie con biomoléculas Tamaño nanotubos similar a las biomoléculas. Elevada sinergia Miniaturización gracias a la nanotecnologia
38 Funcionalización de CNT con ácidos nucleicos 110nm 100nm
39 Caso práctico: Immunosensor
40 Fabricación dispositivos 3 mm 3 mm Au Ti SiO 2 Si
41 Fabricación dispositivos Drop casting
42 Compuestos polímericos
43 Sensor electroquímico I/uA Blank TMB TMB+H2O E/V
44 Resultados 0-20 HRP HRP Intensity μa) ( O NH O O OH HO non-specific HRP O NH O O OH HO adsorption specific -80 O OH HO O Time (s) % signal specificity = ~ 90 % % signal enhancement = ~ 97 % Covalent binding results in better signal
45 Hacia nanosensores integrados
46 Conexión de los nanotubos
47 Primeros resultados aigua HCl0.1M aigua HCl0.1M HCl 1M V(V) aire Temps(s)
48 Toxicidad de nanomateriales
49 Are CNT biocompatible??
50 Resumen Se ha estudiado crecimiento y fabricación de dispositivos basados en CNTs. La funcionalización de la superficie de los CNTs permite la detección de moléculas predeterminadas. Los sensores basados en nanotubos de carbono tienen sensibilidad suficiente para su aplicación clínica.
51 Colaboradores ICN A.B. Gonzalez, E. Pellicer, E. Añon, J. Nogués CNM J. Orozco, C. Jimenez, C. Fernandez-Sanchez UAB C. Nogués
52 Más información Institut Català de Nanotecnologia
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