Novel nanomaterials for bioassay applications represent a rapidly progressing field of nanotechnology and nanobiotechnology. Here, we present an exploration of single-walled carbon nanotubes as a platform for investigating surface-protein and protein-protein binding and developing highly specific electronic biomolecule detectors. Nonspecific binding on nanotubes, a phenomenon found with a wide range of proteins, is overcome by immobilization of polyethylene oxide chains. A general approach is then advanced to enable the selective recognition and binding of target proteins by conjugation of their specific receptors to polyethylene oxide-functionalized nanotubes. This scheme, combined with the sensitivity of nanotube electronic devices, enables highly specific electronic sensors for detecting clinically important biomolecules such as antibodies associated with human autoimmune diseases.

Integrated circuits formed on flexible plastic sheets can be lighter and tougher than those made from conventional materials, as well as being usefully bendy. Semiconductors made from organic small molecules and polymers have shown promise in such applications, but a new carbon-based nanomaterial described in this issue — its creators say — promises higher performance in electronic applications than the currently available options. Cao et al. have developed small- to medium-scale integrated digital circuits consisting of random networks of single-walled carbon nanotubes on plastic substrates. The layouts enable both high mobilities and high on/off ratios and the resulting devices and circuits (consisting of up to 100 transistors) show excellent electronic properties. These new films should be of use for a wide range of applications such as unusual consumer electronic devices, biological sensing and optoelectronics. The ability to form integrated circuits on flexible sheets of plastic enables attributes (for example conformal and flexible formats and lightweight and shock resistant construction) in electronic devices that are difficult or impossible to achieve with technologies that use semiconductor wafers or glass plates as substrates1. Organic small-molecule and polymer-based materials represent the most widely explored types of semiconductors for such flexible circuitry2. Although these materials and those that use films or nanostructures of inorganics have promise for certain applications, existing demonstrations of them in circuits on plastic indicate modest performance characteristics that might restrict the application possibilities. Here we report implementations of a comparatively high-performance carbon-based semiconductor consisting of sub-monolayer, random networks of single-walled carbon nanotubes to yield small- to medium-scale integrated digital circuits, composed of up to nearly 100 transistors on plastic substrates. Transistors in these integrated circuits have excellent properties: mobilities as high as 80 cm2 V-1 s-1, subthreshold slopes as low as 140 m V dec-1, operating voltages less than 5 V together with deterministic control over the threshold voltages, on/off ratios as high as 105, switching speeds in the kilohertz range even for coarse (∼100-μm) device geometries, and good mechanical flexibility—all with levels of uniformity and reproducibility that enable high-yield fabrication of integrated circuits. Theoretical calculations, in contexts ranging from heterogeneous percolative transport through the networks to compact models for the transistors to circuit level simulations, provide quantitative and predictive understanding of these systems. Taken together, these results suggest that sub-monolayer films of single-walled carbon nanotubes are attractive materials for flexible integrated circuits, with many potential areas of application in consumer and other areas of electronics.

The interface between biological molecules and novel nanomaterials is important to developing new types of miniature devices for biological applications. Here, the streptavidin/biotin system is used to investigate the adsorption behavior of proteins on the sides of single-walled carbon nanotubes (SWNTs). Functionalization of SWNTs by coadsorption of a surfactant and poly(ethylene glycol) is found to be effective in resisting nonspecific adsorption of streptavidin. Specific binding of streptavidin onto SWNTs is achieved by co-functionalization of nanotubes with biotin and protein-resistant polymers.

Nanotube/nanoparticle hybrid structures are prepared by forming Au and Pt nanoparticles on the sidewalls of single-walled carbon nanotubes. Reducing agent or catalyst-free electroless deposition, which purely utilizes the redox potential difference between Au3+, Pt2+, and the carbon nanotube, is the main driving force for this reaction. It is also shown that carbon nanotubes act as a template for wire-like metal structures. The successful formation of the hybrid structures is monitored by atomic force microscopy (AFM) and electrical measurements.

ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEPREVCommunicationNEXTPolymer Functionalization for Air-Stable n-Type Carbon Nanotube Field-Effect TransistorsMoonsub Shim, Ali Javey, Nadine Wong Shi Kam, and Hongjie DaiView Author Information Department of Chemistry, Stanford University Stanford, California 94305 Cite this: J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 46, 11512–11513Publication Date (Web):October 30, 2001Publication History Received29 August 2001Published online30 October 2001Published inissue 1 November 2001https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ja0169670https://doi.org/10.1021/ja0169670rapid-communicationACS PublicationsCopyright © 2001 American Chemical SocietyRequest reuse permissionsArticle Views5881Altmetric-Citations527LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InRedditEmail Other access optionsGet e-Alertsclose SUBJECTS:Carbon nanotubes,Doping,Electrical conductivity,Functionalization,Polyethylenimine Get e-Alerts

Incorporating nanocrystals into future electronic or optoelectronic devices will require a means of controlling charge-injection processes and an understanding of how the injected charges affect the properties of nanocrystals. We show that the optical properties of colloidal semiconductor nanocrystal quantum dots can be tuned by an electrochemical potential. The injection of electrons into the quantum-confined states of the nanocrystal leads to an electrochromic response, including a strong, size-tunable, midinfrared absorption corresponding to an intraband transition, a bleach of the visible interband exciton transitions, and a quench of the narrow band-edge photoluminescence.

We show that small diameter, single-walled carbon nanotubes can serve as templates for performing polymer imprint lithography with feature sizes as small as 2 nm − comparable to the size of an individual molecule. The angstrom level uniformity in the critical dimensions of the features provided by this unusual type of template provides a unique ability to investigate systematically the resolution of imprint lithography at this molecular scale. Collective results of experiments with several polymer formulations for the molds and the molded materials suggest that the density of cross-links is an important molecular parameter that influences the ultimate resolution in this process. Optimized materials enable reliable, repetitive patterning in this single nanometer range.