Name: 在光学透明的铟锡氧化物电极的图案细胞 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-08-20T00:00:00.000+00:00
Duration: 26 min 16 s
Description: 学习利用电化学剥离PEG硅烷单层在氧化铟锡电极上实现细胞图案化。该方法通过还原电位精确控制细胞粘附位置，为组织工程中的体外微环境构建提供新策略。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

第一部分：电极的图形化
<ol>
<li>将清洁并脱水的氧化铟锡（ITO）镀膜玻璃载玻片涂覆正性光刻胶</li>
<li>在100°C下烘烤表面，以去除光刻胶中的溶剂</li>
<li>烘烤后，使用佳能掩模对准仪，通过掩模对表面进行紫外光曝光</li>
<li>在显影液中去除曝光区域的光刻胶</li>
<li>对表面进行坚膜烘烤，以去除残留的显影液</li>
<li>未被光刻胶图案保护的ITO区域在酸性蚀刻液中被蚀刻去除</li>
<li>通过在丙酮中超声处理去除残留的光刻胶，从而形成ITO电极</li>
</ol>
第二部分：表面修饰
<ol>
<li>将修饰电极在等离子体腔室中清洗，并用甲苯中的2% PEG硅烷进行修饰。孵育2小时后，再进行2小时烘烤。</li>
</ol>
注意：该过程需在充满氮气的手套袋中进行，以避免水分存在，因为 PEG 硅烷对水分具有反应性。
第三部分：电化学
<ol>
<li>将钢丝连接到电极片上。</li>
<li>将经 PEG 硅烷修饰的电极置于电化学池中，以进行电化学实验。</li>
<li>在 PBS 溶液中，使用三电极系统去除来自相互连接区域的 PEG 硅烷。</li>
</ol>
第四部分：细胞图案化
<ol>
<li>将成纤维细胞与新近去除涂层的基底共同孵育。孵育后，这些细胞会附着在PEG硅烷被去除的区域；然而，细胞不会在表面的其他任何位置结合。</li>
<li>将图案化细胞置于新鲜培养基中孵育，并使用显微镜进行观察。</li>
</ol>

<ol><li>Lee, J. Y., Jones, C., Zern, M. A., Revzin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+Local+Tissue-Specific+Gene+Expression+in+Cellular+Micropatterns%5BTitle%5D)+AND+%22+Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Analysis of Local Tissue-Specific Gene Expression in Cellular Micropatterns.</a> Analytical Chemistry. 78, 8305-8312 (2006).</li>
</ol>

在本视频中，我们展示了在光学透明的氧化铟锡电极上进行细胞图案化的方法。使用光刻技术制备ITO电极后，将其修饰上一层具有抗细胞黏附性的PEG硅烷自组装单分子层。通过电化学方法使该单分子层脱附，从而将表面从抗细胞黏附状态转变为促细胞黏附状态。本视频展示了小鼠3T3成纤维细胞的图案化结果。我们还利用相同技术实现了肝细胞、原代细胞以及星状细胞的图案化。此外，通过制备多个独立的电极，可将该技术扩展用于多种细胞类型的组装。进一步地，通过控制电极设计的几何形状，可在空间和时间上对细胞进行隔离培养。
光刻和湿法刻蚀技术是标准的微加工工艺。电化学研究在金表面已有广泛报道，但在氧化铟锡（ITO）表面的研究相对较少。除了导电性之外，ITO还具有透明性的优势。使用ITO可使样品通过简单的倒置显微镜进行观察。本视频中介绍的技术可用于在表面以精确的几何图案组装任何类型的细胞。

<table><tbody><tr><td>氧化铟锡</td><td>其他</td><td>Delta Technologies</td><td>CB 40IN</td><td></td></tr><tr><td>聚乙二醇硅烷</td><td>试剂</td><td>Gelest Inc.</td><td>SIM6492.66</td><td></td></tr><tr><td>盐酸</td><td>试剂</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>320331</td><td></td></tr><tr><td>硝酸</td><td>试剂</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>258121</td><td></td></tr><tr><td>乙醇</td><td>试剂</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>459836</td><td></td></tr><tr><td>丙酮</td><td>试剂</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>650501</td><td></td></tr><tr><td>甲苯</td><td>试剂</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>34866</td><td></td></tr><tr><td>培养基</td><td>试剂</td><td>Invitrogen</td><td></td><td></td></tr><tr><td>胶原蛋白</td><td>试剂</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C3867</td><td></td></tr><tr><td>3T3 小鼠成纤维细胞</td><td>细胞系</td><td>ATCC</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

在光学透明的氧化铟锡电极上构建细胞图案

Patterning Cells on Optically Transparent Indium Tin Oxide Electrodes

对细胞表面相互作用实现精确的空间和时间控制，是构建用于体外模拟天然组织的多细胞结构的重要前提。本研究采用光刻和湿法刻蚀技术，在玻璃基底上制备了可独立寻址的氧化铟锡（ITO）微电极。含有ITO微电极的玻璃基底经聚乙二醇（PEG）硅烷修饰，使其具有抗蛋白质吸附和抗细胞黏附的特性。通过使用铁氰化钾作为氧化还原探针分子进行循环伏安法检测，验证了绝缘性PEG分子在电极表面的存在。重要的是，施加还原电位可导致PEG层脱附，从而再生出导电的电极表面，并出现典型的铁氰化钾氧化还原峰。施加还原电位还使ITO电极的性质由抗细胞黏附转变为促进细胞黏附。通过对ITO微电极上的PEG硅烷层进行电化学剥离，可实现空间可控的细胞黏附，细胞排列模式与电极图案高度一致。在这些基底上已成功实现了多种细胞类型的微图案化。未来，利用该方法对生物界面性质的调控能力，可在光学透明基底上将三种或更多种细胞以精确的几何构型组装，从而构建复杂的细胞微环境。

关键词：光刻，湿法刻蚀，氧化铟锡电极，聚乙二醇硅烷，循环伏安法，电化学脱附，细胞微图案化，细胞黏附，生物界面，多细胞结构

通过施加还原电位，从玻璃基底上可单独寻址的氧化铟锡（ITO）电极表面脱附了抗污损的聚乙二醇（PEG）硅烷单分子层。对ITO微电极上的PEG-硅烷层进行电化学剥离，可实现空间可控的细胞黏附，细胞排列模式与电极图案高度一致。

对细胞表面相互作用实现精确的空间和时间控制，是组装多细胞结构的重要前提……

你好，我是Isha。我是Zen博士实验室的二年级研究生。我们现在位于加州大学戴维斯分校生物医学工程系。今天，我将向您展示如何在组织工程与再生研究中，利用微加工的光学透明氧化铟锡电极控制肝细胞。为了在体外构建这种微环境，关键在于能够在空间和时间上将细胞在基底上进行分离。我们致力于设计出能够调控不同类型肝细胞位置的表面。在今天的实验中，我们将利用表面修饰、微加工和电化学方法构建一种可从抗细胞黏附转变为促细胞黏附的表面。第一步是光刻。以下是该过程的操作流程图。蓝色部分是玻璃基板，绿色部分是涂覆在玻璃基板上的氧化铟锡。首先，我们要在涂有氧化铟锡的玻璃基板上旋涂一层光刻胶（如图中红色部分所示）。然后，将样品通过掩膜暴露于紫外光下，曝光区域将在显影液中进行显影。未被光刻胶保护的ITO区域将在ITO刻蚀过程中被去除。最后，所有残留的光刻胶将在丙酮中被完全去除，从而形成我们的ITO电极。以下是剩余三个步骤的流程图。首先，我们将使用聚乙二醇氰酸酯（peg cylin）对整个表面进行修饰。这将使表面具有抗污性，从而阻止细胞或蛋白质的结合。接下来，我们将利用电化学方法，从之前制备的I型两个电极上特异性地去除聚乙二醇氰酸酯（peg cylin）。最后，我们将成纤维细胞接种到表面，它们将仅选择性地结合到条带区域。现在我们已准备好开始实验。第一步是进行光刻，该步骤将在洁净室中完成。接下来，我们进入洁净室。现在我们已到达洁净室。在开始实验之前，需要将我们的氧化铟锡（ITO）镀膜样品放入烘箱中，在 200 °C 下进行烘烤。这样我们就可以对所有表面进行脱水处理。在200 °C下烘烤之后，我们将基底放置在匀胶机上，并真正涂覆光刻胶。因此，在对ITO基底进行脱水处理后，我们会将其取出并放置在匀胶机的卡盘上。这个卡盘刚好可以固定住一块玻璃光源的四分之一。然后，我们将施加真空。之后，在基底上涂覆正性光刻胶。涂覆光刻胶后，我们即可开始操作。该过程包含两个步骤：首先是涂布，其次是旋涂步骤中的铺展。卡盘以800 RPM的转速旋转，使光刻胶均匀地分布在整个表面。接下来是旋转步骤，转速为4,000 RPM，在此转速下会形成一层非常薄的光刻胶，所谓薄是指大约一微米。如果将“photoresist”一词拆分，即为“photo”和“resist”。它可被光激活。因此，我们在洁净室中操作，并使用过滤后的光源，以防止光刻胶因光照而提前激活；同时，它具有抗蚀性，这一特性将在后续的刻蚀工艺中被利用。现在，我们已经完成了在表面旋涂光刻胶的步骤，接下来只需将其取出，进入下一步操作。在将样品加热烘烤1分45秒后，我们将样品从加热板上取下，转移到我们的康宁掩模对准仪上。在此处，我们取出所需的掩模，并将其放置在基底上方，以便在带有光刻胶的基底与掩模之间实现接触式曝光。为了增加压力，我们会在上面放置一片四英寸的玻璃晶圆作为重物。完成

patterning-cells-on-optically-transparent-indium-tin-oxide-electrodes

Research

科研

JoVE Journal

Biology

生物学

在光学透明的铟锡氧化物电极的图案细胞

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。...

用于图案化生物分子的微电极上防污自组装单分子层

本方案描述了一种与微加工工艺兼容的在SiO2表面进行细胞图案化的技术。通过光刻法将预设的聚对二甲苯-C（parylene-C）图案印制在SiO2晶圆上。在孵育血清（或其他激活溶液）后，细胞特异性地黏附于下方的聚对二甲苯-C区域，并沿其轮廓生长，而在SiO2区域则被排斥。...

在光刻定义的聚对二甲苯-C：SiO 上进行细胞图案化2 底物

介绍了一种在环境条件下并行配置制备有机光伏叠层器件的方法。这些器件具有一种经空气处理的半透明碳纳米管共用阴极。...

用于串联有机太阳能电池中离子门控碳纳米管共阴极制备的环境方法

我们报道，通过利用有机光致变色衍生物在低光强下发生光异构化所引发的转变，可以突破传统光学光刻的衍射极限1-3。本文概述了我们的制备技术以及两种锁定机制，即：一种光异构体的溶解以及电化学氧化。...

通过光学饱和跃迁进行图案化——制备与表征

我们描述了一种在水相环境中改性支架表面细胞亲和力的方案。该方法利用二氧化钛的光催化作用，分解光照区域的有机薄膜。我们证明，该方法可用于在体外（ex situ）和原位（in...

使用 TiO2 光催化在水相环境中对蛋白质和细胞进行光图案化

本方案描述了无机纳米晶体的逐层合成及其溶液沉积方法，用于在非导电表面制备薄膜电子器件。经溶剂稳定的墨水可通过旋涂和喷雾涂覆，在玻璃基底上形成完整的光伏器件，随后进行沉积后配体交换和烧结处理。...

全溶液法制备无机纳米晶光伏器件

本文介绍了一种基于阻抗的溶液蒸发速率检测装置。该装置相较于传统的失重法具有明显优势：响应速度快、检测灵敏度高、样品需求量小、可进行多样品测量，并且易于拆卸以进行清洁和重复使用。...

一种基于高性能阻抗的蒸发速率检测平台

本文展示了一种制备部分或完全包覆的金属颗粒的简单方法，以及利用快速制备的氧化铟锡（ITO）电极阵列进行交流电动力学性质测量的方法。...

Janus颗粒的制备及基于快速制备的氧化铟锡电极阵列的交流电动力学测量

本文介绍了一种用于制备含氧化还原响应型手性掺杂剂的反射式胆甾相液晶显示器件的方案，该器件可实现快速、低电压操作。...

一种用于快速低电压颜色调控的电化学胆甾相液晶器件

本方案概述了先进的材料制备与 离体...

健康与缺血状态下双向电学与光电接口 离体 大鼠心脏

本方案描述了一种基于氧化铟锡（ITO）的一体式离子敏感场效应晶体管（ISFET）的制备方法，该器件可通过简短且简单的工艺（约半天时间）构建为溶液门控场效应晶体管传感器（例如pH传感器）。这种一体式ITO-ISFET也可应用于生物传感。...

基于溶液门控氧化铟锡一体化晶体管的制备及其在高灵敏生物传感中的应用

学习利用电化学剥离PEG硅烷单层在氧化铟锡电极上实现细胞图案化。该方法通过还原电位精确控制细胞粘附位置，为组织工程中的体外微环境构建提供新策略。

在光学透明的氧化铟锡电极上构建细胞图案

探索更多视频