Chemical Gating of a Tube-in-a-Tube Semiconductor

管中管半导体的化学门控

基本信息

  • 批准号:
    9551411
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 29.48万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-09-01 至 2020-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): There were over 8 million cancer-related deaths worldwide in 2013. According to the World Health Organization, this death toll will reach 13.1 million by 2030 unless rapid and cost- effective diagnostic technologies are developed for the early detection of the disease. Current diagnostic techniques such as ELISA are time-consuming for point-of-care settings and often cost-prohibitive for developing countries where resources are scarce. Here, we propose a potentially transformative all-carbon electronic biosensor based on a tube-in-a-tube semiconductor (Tube^2) created by our research team. A Tube^2 is composed of an atom-thick semiconductor nested within a charged, covalent functional shell. We hypothesize that conductance through the semiconductor can be completely controlled solely by surface functional groups on the shell such that binding of a small number of targeted cancer markers can be detected electrically. Our preliminary studies have shown evidence of chemically gated field effect detection of DNA using thin-film Tube^2 sensors. The proposed research will focus on three specific aims: 1) establishing the fundamentals of electrode-free chemical gating of Tube^2; 2) coaxial chemical lithography with light; and 3) label-free and multiplexed detection of cancer biomarkers by Tube^2 sensors. In Aim 1, a series of aryl functional groups will be attached covalently at controlled densities on Tube^2 to quantitatively determine the gating effects of surface functional groups. In Aim 2, we will investigate light-driven defunctionalization and re-functionalization of Tube^2 as the basis for a straightforward, fundamentally new fabrication approach to electronic sensor arrays. In Aim 3, chemically gated field effect detection of model cancer markers, including prostate-specific antigen and ¿-fetoprotein, will be investigated in thin-film Tube^2 sensor arrays. This work may provide a new foundation for the development of rapid and cost-effective medical diagnostic technologies.
描述(由申请人提供):2013 年,全球有超过 800 万人因癌症相关死亡。据世界卫生组织称,除非开发出快速且具有成本效益的诊断技术来进行早期检测,否则到 2030 年,这一死亡人数将达到 1310 万人。目前的诊断技术(例如 ELISA)对于现场护理环境来说非常耗时,而且对于资源匮乏的发展中国家来说往往成本过高。我们的研究团队创建的基于管中管半导体 (Tube^2) 的全碳电子生物传感器 Tube^2 由嵌套在带电共价功能壳内的原子厚半导体组成。通过半导体可以完全由外壳上的表面官能团控制,这样就可以通过电检测到少量目标癌症标记物的结合,我们的初步研究已经表明使用薄膜对 DNA 进行化学门控场效应检测的证据。 Tube^2 传感器的研究将集中于三个具体目标:1)建立 Tube^2 的无电极化学门控基础;2)光同轴化学光刻;3)癌症的无标记和多重检测;在 Aim 1 中,一系列芳基官能团将以受控密度共价连接在 Tube^2 上,以定量确定 Aim 中表面官能团的门控效应。 2,我们将研究 Tube^2 的光驱动去功能化和重新功能化,作为电子传感器阵列的简单、全新制造方法的基础。在目标 3 中,对模型癌症标记物进行化学门控场效应检测,包括前列腺癌标记物。特异性抗原和 ¿ -胎儿蛋白,将在薄膜 Tube^2 传感器阵列中进行研究,这项工作可能为快速且经济高效的医疗诊断技术的开发提供新的基础。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Chemical Control and Spectral Fingerprints of Electronic Coupling in Carbon Nanostructures.
Optically Triggered Melting of DNA on Individual Semiconducting Carbon Nanotubes.
Chirality-Selective Functionalization of Semiconducting Carbon Nanotubes with a Reactivity-Switchable Molecule.
Chemically tailored carbon nanotubes as a new toolbox for biomedicine and beyond
化学定制碳纳米管作为生物医学及其他领域的新工具箱
  • DOI:
    10.1042/bio04104010
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Barnes, Benjamin;Brozenay, Alexandra;Wang, YuHuang
  • 通讯作者:
    Wang, YuHuang
Laser Lithography of a Tube-in-a-Tube Nanostructure.
  • DOI:
    10.1021/acsnano.7b00624
  • 发表时间:
    2017-03-28
  • 期刊:
  • 影响因子:
    17.1
  • 作者:
    Ng AL;Piao Y;Wang Y
  • 通讯作者:
    Wang Y
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  • 资助金额:
    $ 29.48万
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作者:{{ showInfoDetail.author }}

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