Single nanoparticle sensing with nanoelectromechanical resonators operating at nonlinear regime

Nano boyutta çalışan makineler, sağlık ve biyomedikal tarama için önemli bir teknolojik fırsat sunmaktadır. En son teknolojiye sahip bu nano makineler, geniş titreşim genliklerinde kontrolü için mühendislik araçları mevcut olmadığından dolayı genellikle küçük titreşim genliklerinde çalıştırılır.Nanoelektromekanik Sistemler (NEMS), büyük biyomoleküller ve nanopartiküllerin kütle spektrometrisini gerçekleştirmek için umut verici bir teknoloji olarak ortaya çıkmıştır. Nanopartiküller, nanoteknoloji alanında büyük bir öneme sahiptir, çünkü bunlar erken dönemde potansiyel kirlenmeleri göstermek veya kanser tedavisi için ilaç taşıyıcı olarak görev yapmak için kullanılabilinir. Nano boyuttaki nesneler NEMS sensörüne tek tek indiğinde, sensörün rezonans frekansında ağırlıklarına orantılı olarak çözülebilir kaymalar yaratırlar. NEMS sensörlerinin çalıştığı aralık, genellikle faz kilitli döngülerin frekans izlemesine dayanan yüksek hassasiyetli şemaların kolayca kullanılamadığı, nonlineerite başlangıcı ile sınırlıdır. Bu çalışmada, lineer olmayan rejimde çalışarak ve nano parçacıkların sebeb olduğu frekans kaymalarını hızlı ve hassas bir şekilde ölçmek için bir ölçüm mimarisi geliştirdik. Altın nano partiküllerin kütlesini tek tek karakterize etmek için bu mimariyi kullandık ve aynı nanopartiküllerin lineer kütle algılamaya dayalı bağımsız ölçümlerini yaparak sonuçları doğruladık. Tekniğin uygulanabilirliği test edildikten sonra, doğrusal olmayan rejimde sıralı olarak çalışan iki modu kullanarak yaklaşık beş yüz nano parçacığı ayrı ayrı inceleyerek 20 nm altın nanoparçacık numunesinin kütle spektrumunu elde ettik. Burada kullanılan teknik sınırlı bir dinamik aralığa sahip olan küçük nanomekanik yapılar için kullanılabilir.