用于图案化生物分子的微电极上防污自组装单分子层

摘要

我们介绍一种在带有金微电极的硅基底上形成聚乙二醇自组装单分子层（PEG-SAM）的方法。该PEG-SAM通过一步法形成，可防止硅和金表面的生物污染。随后利用电泳技术实现生物分子在纳米尺度上的图案化。

摘要

我们介绍一种在带有金微电极的硅基底上形成聚乙二醇三甲氧基硅烷（PEG-trimethoxysilane）自组装单分子层（SAM）的方法。该PEG-SAM通过一步组装形成，可有效防止硅和金表面的生物污染。该SAM可用于涂覆采用标准正性光刻工艺制备的微电极。以微管为例，我们施加直流电压，可逆地诱导微管通过电泳迁移至SAM包被的电极。实验中使用流动腔室对电泳迁移过程及微管的图案化进行成像观察。in situ使用落射荧光显微镜。该方法通常适用于生物分子的图案化，因为它利用电泳将目标分子固定，因而无需特定的分子相互作用。此外，该方法避免了直接使用光刻技术对自组装单分子层（SAM）分子进行图案化时所遇到的问题。与电子束光刻的兼容性使得该方法可用于纳米尺度的生物分子图案化。

方案

试剂的制备

配制 PIPES 缓冲液（80 mM PIPES，1 mM MgCl₂，1 mM EGTA，用 KOH 调至 pH 6.8）。根据现有方案^1,2，将葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶和葡萄糖分装后于 -70°C 保存，紫杉醇于 -20°C 保存。根据供应商提供的说明，将微管蛋白分装后于 -70°C 保存。

使用光刻技术制备图案化金微电极

1. 使用刻划笔或晶圆切割器将硅片切割成 1 cm ´ 1.5 cm 的基底。将基底放入盛有足量丙酮的烧杯中，超声清洗 5 分钟。在基底未干燥的情况下，用新鲜丙酮冲洗，随后立即用异丙醇冲洗，并用氮气吹干。
2. 根据所需结构尺寸，采用标准的正性光刻或电子束光刻技术在洁净的基底上制备金微电极³。设计图案几何形状时，应使每个电极图案的直径小于 100 微米，以确保能被后续的 PEG 自组装单分子层（SAM）完全覆盖（见下一节描述）。在距离图案 300 至 500 mm 处设置引线焊盘（约 300 mm²），并通过一条 1 mm 宽的导线将焊盘与电极相连（图 1）。将光刻图案置于基底中央附近，以便在图案周围留出空间用于组装流动池。
   

讨论

由于微管（MTs）具有高亮度且背景荧光低，其迁移过程可通过荧光显微镜轻松观察。该方法通常适用于生物分子的图案化，仅需通过适当调节缓冲液pH值使生物分子带有净电荷即可。本实验装置中避免了电渗现象，因为不存在诸如毛细管电泳中使用的带电硅壁等带电表面。

该方法有多种可能的改进方式。密封流动室的两端对于观察可逆性至关重要，因为开放端的蒸发会导致体相液体流动和微管的非预期迁移。在光刻图形化之前对硅片进行氧化处理，可以阻止基底导电，从而允许同时使用具有独立电位的多个电极。

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材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
2-[甲氧基聚(乙二醇)丙基]三甲氧基硅烷（PEG-硅烷）	Gelest 公司	SIM6492.7	6-9 个 PEG 单元；分子量 450-600 g/mol-1
2-巯基–乙醇	Sigma-Aldrich	M7522
丙酮	EMD Millipore	AX0120-8	ACS 级
过氧化氢酶	Calbiochem	219001-5MU
氯苯	EMD Millipore	MK441908	ACS级
乙二醇双(2-氨基–thylether)-N,N,N’，N’-四乙酸（EGTA）	Calbiochem	324626
葡萄糖	EMD Millipore	DX0145-1
葡萄糖氧化酶	MP Biomedicals	100330
鸟苷-5’-[(α,Β)-亚甲基]三磷酸钠盐（GMPCPP）	Jena Biosciences, GmbH	NU-405s
鸟苷-5’-三磷酸	Sigma-Aldrich	G8752
异丙醇	EMD Millipore	PX1835-5	ACS级
甲基异丁基酮（MIBK）	Fisher Scientific	AC12739-0010
紫杉醇（taxol）	Calbiochem	580555
哌嗪-N,N’’-二(2-乙烷磺酸)（PIPES）	Sigma-Aldrich	P1851
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）	Brewer Science, Inc.	950K	分子量 950K
罗丹明标记的微管蛋白	Cytoskeleton, Inc.	T331M	来自牛脑，99%纯度，冻干粉
甲苯	EMD Millipore	TX0735-5	ACS级
微管蛋白	Cytoskeleton, Inc.	T238	来自牛脑，99% 纯度，冻干粉
No. 1 硼硅酸盐玻璃盖玻片（22 × 50 mm）购自 VWR。抛光电子级 p 型 <111> 硅片购自Addison Engineering, Inc.。高纯度银漆购自Structure Probe, Inc.（目录号 # 5001 AB）。绝缘细径铜漆包线（~ 0.08 mm（0.003”）直径）可从电子器材供应商处获得。