تصنيع رقاقة ذات نقوش دقيقة بسماكة يتم التحكم فيها للفحص المجهري الإلكتروني المبرد عالي الإنتاجية
أبريل 21, 2022
يتم تصنيع رقاقة صغيرة منقوشة تم تطويرها حديثا مع نوافذ أكسيد الجرافين من خلال تطبيق تقنيات النظام الكهروميكانيكي الدقيق ، مما يتيح التصوير المجهري الإلكتروني المبرد الفعال وعالي الإنتاجية لمختلف الجزيئات الحيوية والمواد النانوية.
هذا البروتوكول مهم لتنظيم سمك حجم الصورة على مقياس النانو لمراقبة البروتينات والمواد النانوية ذات الأحجام المختلفة بنجاح باستخدام cryo EM. تسمح تقنية تصنيع Mem بالإنتاج الضخم للرقاقة الدقيقة. كما أنه يتيح اختيار أعماق وتصاميم الآبار ذات الأنماط الصغيرة. اعتمادا على الأغراض التجريبية.
يمكن أن تسهم هذه التقنية في تعزيز كفاءة تحليل بنية 3D عالي الإنتاجية للجزيئات الحيوية التي تستخدم لاكتشاف الأدوية التجارية ، ومن ثم يمكن أن تكون الرقائق الرقيقة والرقائق الدقيقة ذات أغشية السيليكون نيترو التي تميل إلى المخاطر صعبة. من المهم عدم ثني الرقاقة أو تطبيق قوى عمودية على نافذة نترات السيليكون. ابدأ في نمط مقاومة الصورة ، أو العلاقات العامة عن طريق تغطية رقاقة السيليكون المودعة بنتريد السيليكون بمحلول سداسي ميثيل ديسيلازان ثم قم بتدوير طلاء الرقاقة عند 3000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية على مبرمج دوار.
اخبز الرقاقة المطلية على درجة حرارة 95 درجة مئوية لمدة 30 ثانية على صفيحة ساخنة لجعل سطح الماء كارها للماء وضمان أداء طلاء جيد مع العلاقات العامة. بعد ذلك ، قم بتدوير الرقاقة بعلاقات عامة إيجابية واخبزها 100 درجة مئوية لمدة 90 ثانية. يبلغ سمك العلاقات العامة المطلية بالدوران 500 نانومتر. قم بتعريض الرقاقة المطلية بالعلاقات العامة للأشعة فوق البنفسجية لمدة خمس ثوان من خلال قناع الكروم باستخدام مصفف.
قم بتطوير العلاقات العامة لمدة دقيقة واحدة باستخدام مطور وشطفها مرتين عن طريق غمر الرقاقة في الماء منزوع الأيونات. ثم جفف الرقاقة المنقوشة PR عن طريق نفخ غاز النيتروجين على سطح الماء. بعد نمط العلاقات العامة. استخدم محفورا أيونيا تفاعليا مبنيا في المختبر بقوة تردد لاسلكي تبلغ 50 واط ، ومع غاز سادس فلوريد الكبريت عند ثلاثة سنتيمترات مكعبة قياسية في الدقيقة.
لحفر نيتريد السيليكون المكشوف بمعدل ستة أنغستروم في الثانية. تخلص من العلاقات العامة عن طريق غمر رقاقة نيتريد السيليكون المنقوشة في الأسيتون في درجة حرارة الغرفة لمدة 30 دقيقة. يليه شطف الرقاقة مرتين في الماء منزوع الأيونات وتجفيف الرقاقة بغاز النيتروجين.
لحفر السي المكشوف ، اغمر رقاقة نيتريد السيليكون المنقوشة في محلول هيدروكسيد البوتاسيوم المحضر حديثا. مع التحريك المستمر حتى يمكن ملاحظة نوافذ نيتريد السيليكون القائمة بذاتها على الجانب الآخر من الرقاقة المنقوشة. نظف الرقاقة المحفورة عن طريق غمسها عدة مرات في حمام مائي منزوع الأيونات.
ثم جفف الرقاقة في الهواء. للقضاء على بقايا الحفر ، اضغط برفق على حدود صفيف الرقائق باستخدام ملاقط واحصل على مجموعة من الرقائق لتكون منقوشة بشكل دقيق. ثم اغمر مجموعة الرقائق في محلول هيدروكسيد البوتاسيوم المحضر حديثا لمدة 30 ثانية ، يليه الشطف مرتين ، ونفخ الرقائق بغاز النيتروجين وتجفيفها في الهواء لمدة ساعة واحدة.
للحصول على دعم صلب ، قم بإعداد رقاقة سيليكون فارغة بسعة 525 ميكرومتر مع طلاء الدوران كما هو موضح سابقا. تعلق على شعاع التقطيع على رقاقة السيليكون قبل خبز رقاقة واتبع الإجراء كما هو موضح سابقا للحصول على رقاقة السيليكون micropattern. تخلص من العلاقات العامة عن طريق غمر شريحة النمط المحددة في محلول واحد من الميثيل اثنين من الليتانول النقي عند 60 درجة مئوية بين عشية وضحاها.
في اليوم التالي ، اشطف مجموعة الشرائح مرتين بالماء منزوع الأيونات. بعد تجفيف مجموعة شرائح النمط بالنيتروجين ، قم بإزالة بقايا العلاقات العامة باستخدام عملية بلازما الأكسجين باستخدام 100 سنتيمتر مكعب قياسي في الدقيقة من غاز الأكسجين بقوة تردد لاسلكي تبلغ 150 واط لمدة دقيقة واحدة باستخدام حفر الأيون التفاعلي. في وقت لاحق ، اغمر الرقائق الصغيرة المنقوشة في محلول هيدروكسيد البوتاسيوم لمدة 30 ثانية للقضاء تماما على بقايا العلاقات العامة.
ثم شطف وتجفيف مجموعة رقاقة تماما. تمييع اثنين ملليغرام لكل ملليلتر أكسيد الجرافين أو محلول 10 أضعاف مع الماء منزوع الأيونات وسونيك المحلول المخفف لمدة 10 دقائق لتفتيت الركام من الأوراق. ثم الطرد المركزي إلى المحلول المخفف في 300 مرة G لمدة 30 ثانية في درجة حرارة الغرفة.
استخدم مفرغ توهج عند 15 مليون أمبير لتفريغ توهج الجانب المحفور من السيليكون من شريحة النمط الصغير لمدة دقيقة واحدة وجعل سطح الشريحة بشحنة موجبة. عند الانتهاء ، قم بإسقاط ثلاثة ميكرولترات من المحلول على جانب تفريغ التوهج من رقاقة micropattern. بعد دقيقة واحدة ، لطخ المحلول الزائد على الشريحة بورق التصفية.
اغسل الشريحة المنقولة بقطرات ماء منزوعة الأيونات على فيلم بارافين وامسح الفائض بورق الترشيح. كرر إجراء صب الإسقاط مرتين على الجانب المنقول ومرة واحدة على الجانب الآخر. جفف الشريحة المنقولة في درجة حرارة الغرفة طوال الليل.
أثناء إجراء الطباعة الحجرية الضوئية ، تم التلاعب بتصميمات رقائق النمط الدقيق باستخدام تصميمات مختلفة لقناع الكروم. تم التحكم في أعداد وأبعاد أغشية نيتريد السيليكون القائمة بذاتها. لوحظ أن الرقائق الصغيرة المنقوشة يمكن أن تحتوي على ما يصل إلى 25000 ثقب معلق.
عرض طيف الرامن في النافذة القمم التمثيلية لل بالإضافة إلى ذلك ، أشارت أنماط الانكسار السداسي الموجهة نحو الضرب إلى أن النوافذ تتكون من طبقات متعددة تمت دراسة بنية وعمق الثقب الصغير مع النوافذ باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح ومجهر القوة الذرية. لوحظ وجود هيكل من نوع البئر للثقب الصغير مع النافذة في الصور يؤكد إمكانية تصميم رقاقة النمط الصغير مع النوافذ. بمساعدة الشريحة المتناهية الصغر ، تم تصوير بعض العينات البيولوجية والجسيمات النانوية غير العضوية باستخدام المجهر الإلكتروني المبرد.
من المهم تحسين الظروف مثل سمك الطلاء النقي باستخدام الكثافة وتطوير الوقت للنقوش الدقيقة اعتمادا على حجم وتصميم الأنماط. من خلال تطبيق تقنيات الارتطام النانوي مثل FIB أو حتى الجرافين الليثو أصغر يمكن إنتاج بعض أنماط الميكرومتر التي قد توسع تطبيقات هذا الجهاز الصغير حيث يتم استخدامه مع تقنيات تحليلية أخرى.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تعمل شريحة ذات أنماط دقيقة تم تطويرها حديثاً وبها نوافذ من أكسيد الجرافين على تحسين تصوير الجزيئات الحيوية والمواد النانوية باستخدام المجهر الإلكتروني المبرد. وتسمح هذه التقنية بإجراء تحليلات فعالة وعالية الإنتاجية على المقياس النانوي.
المكونات الرئيسية للدراسة
مجال العلوم
- علم الأعصاب
- التكنولوجيا الحيوية
- تكنولوجيا النانو
خلفية علمية
- ينظم البروتوكول سمك الصور على مقياس النانو.
- تسهّل تقنيات تصنيع MEMS الإنتاج الضخم للرقاقات الدقيقة.
- يمكن تخصيص تصميمات آبار الأنماط الدقيقة لأغراض تجريبية محددة.
- يعزز الكفاءة في تحليل البنية ثلاثية الأبعاد للجزيئات الحيوية.
الغرض من الدراسة
- لتحسين التصوير عالي الإنتاجية للجزيئات الحيوية.
- لتمكين مراقبة أفضل للبروتينات والمواد النانوية.
- لدعم جهود اكتشاف الأدوية التجارية.
الطرق المستخدمة
- تصنيع رقائق ذات أنماط مجهرية باستخدام تقنيات الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى (MEMS).
- تطبيق محلول الهيكساميثيل دي سيلازان لتشكيل أنماط المقاوم الضوئي.
- الطلاء الدوراني لرقائق السيليكون بسرعة 3000 RPM.
- التعامل بعناية مع نوافذ نتريد السيليكون لتجنب تلفها.
النتائج الرئيسية
- النجاح في تصنيع رقاقات ذات أنماط دقيقة باستخدام أكسيد الجرافين.
- إثبات القدرة على التصوير عالي الإنتاجية.
- تعزيز مراقبة الجزيئات الحيوية على مقياس النانو.
- تطبيقات محتملة في اكتشاف الأدوية والتحليل الجزيئي الحيوي.
الاستنتاجات
- تؤدي الشريحة ذات الأنماط الدقيقة المطورة إلى تحسين كفاءة التصوير بشكل كبير.
- تمكن تقنيات MEMS من الإنتاج القابل للتوسع لأدوات التصوير المتقدمة.
- لهذه التكنولوجيا تداعيات واسعة النطاق على أبحاث العلوم العصبية والتكنولوجيا الحيوية.
الأسئلة الشائعة
الأهمية الصناعية التنفيذية
تزداد أهمية المجهر الإلكتروني المبرد (cryo-EM) عالي الإنتاجية في البيولوجيا البنيوية والاكتشاف المبكر للأدوية، ومع ذلك، فإن اختناقات تحضير العينات تحد من قيمته التنبؤية وقابليته للتوسع. وتعالج الرقاقة ذات الأنماط الدقيقة الموصوفة، والتي تتميز بسمك جليد محكوم ونوافذ من أكسيد الجرافين، هذه التحديات مباشرة من خلال توفير بيئات عينات قابلة للتكرار على مقياس النانو لجزيئات حيوية ومواد نانوية متنوعة. ويعزز هذا الابتكار من جودة البيانات البنيوية ومعدل الإنتاجية، مما يدعم التحقق من الأهداف وتصنيف المحافظ الدوائية بثقة أكبر في مجال البحث والتطوير الصيدلاني الحيوي.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية البيولوجية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- يتيح الاستقصاء البنيوي الدقيق للأهداف الجزيئية الحيوية تحت ظروف خاضعة للتحكم.
- يقلل من الغموض في التشكيل البنيوي للهدف وتجميع المعقدات للحد من المخاطر الميكانيكية.
- يدعم الثقة التنبؤية في تصميم الأدوية القائم على البنية وفي اختيار الأهداف.
الفحص وتطوير المقايسة
- يسهل تحضير عينات cryo-EM معيارية وقابلة للتكرار من أجل التحليلات اللاحقة.
- يعزز موثوقية المقايسة من خلال التحكم في سمك الجليد وتمركز الجزيئات الحيوية.
- يتيح سير عمل تصويري عالي الإنتاجية وقابل للتوسع لحملات فحص المركبات.
الأبحاث الانتقالية وما قبل السريرية
- يدعم الاستمرارية من مرحلة الاكتشاف إلى التحقق قبل السريري من خلال تمكين تصوير المواد النانوية البيولوجية وغير العضوية على حد سواء.
- يربط البيانات الهيكلية بتطوير المؤشرات الحيوية الانتقالية عند الاقتضاء.
- يوفر تقدماً معدلاً حسب المخاطر من خلال تحسين جودة البيانات اللازمة لاختيار المرشحين.
تكامل مسار العمل والتدفق الإجرائي
تتكامل طريقة تصنيع هذه الرقاقة ضمن التسلسل الممتد من مرحلة الاكتشاف إلى الدراسات قبل السريرية، وذلك من خلال توفير منصة قوية للتحليل البنيوي، بدءاً من التحقق المبكر من الهدف وصولاً إلى تحديد المركبات الرائدة والأبحاث الانتقالية.
- بيولوجيا الاكتشاف: تعزز اختبار الفرضيات وتوضيح المسارات عبر بيانات هيكلية عالية الدقة.
- الفحص: توفر مخرجات تصوير كمية وقابلة للتكرار للتحليل المقارن للحالات الجزيئية الحيوية.
- التحليلات: تدعم المقارنة الإحصائية لظروف العينات من خلال النمذجة الدقيقة وسماكة الجليد المتحكم بها.
- الأبحاث الانتقالية: تسد الفجوة بين الاكتشاف واحتياجات التصوير قبل السريري لكل من الأهداف البيولوجية وغير العضوية.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: توفر منصة رقائق قابلة للتوسع والإنتاج الكمي، ويمكن تكييفها مع متطلبات البحث والتطوير المتطورة.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تزيد من الثقة التنبؤية وتقلل من الغموض الميكانيكي في الدراسات الهيكلية.
- القيمة التشغيلية: توحد معايير تحضير العينات، مما يحسن من قابلية التكرار والإنتاجية.
- القيمة الاستراتيجية: تتيح اتخاذ قرارات أفضل بشأن الاستمرار أو التوقف، وتعزز كفاءة رأس المال من خلال تقليل المخاطر البيولوجية في المراحل المتأخرة.
- التأثير على المحفظة: تدعم تحديد الأولويات المعدلة حسب المخاطر والمضي قدماً في الأهداف التي تم التحقق من هيكلها.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في تصنيع الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى (MEMS)، والتصوير الضوئي، والتعامل مع عينات المجهر الإلكتروني المبرد (cryo-EM).
- يستلزم الوصول إلى أجهزة متخصصة لعمليات النقش والطلاء والتصوير.
- يقتضي توحيد معايير تصميم الرقائق وبروتوكولات تحضير العينات بين الفرق المختصة.
- قابل للتكيف مع مختلف أحجام الجزيئات الحيوية والتصاميم التجريبية من خلال تخصيص القناع الضوئي.
- يعد التعامل الحذر أمراً ضرورياً لتجنب تلف الرقاقة وضمان سلامة الغشاء.
الأسئلة الشائعة حول الأدوية البيولوجية
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:55
Pattern the Photoresist and Silicon Nitride‐Deposited Si Wafer (SixNy)
2:31
Etching the Si and Eliminating the KOH Etching Residues
3:21
Prepare the Micro‐Patterned SixNy and Eliminate the PR
4:25
Transfer Graphene Oxide (GO) by the Drop‐Casting Method
5:30
Results: Analysis of the Micro‐Patterned Chip with GO Windows
6:35
Conclusion
