Fabricación de chip micropatrón con espesor controlado para microscopía electrónica criogénica de alto rendimiento

Summary

Un chip micropatronado recientemente desarrollado con ventanas de óxido de grafeno se fabrica mediante la aplicación de técnicas de sistemas microelectromecánicos, lo que permite obtener imágenes de microscopía electrónica criogénica eficiente y de alto rendimiento de varias biomoléculas y nanomateriales.

Abstract

Una limitación importante para el análisis eficiente y de alto rendimiento de la estructura de biomoléculas utilizando microscopía electrónica criogénica (crio-EM) es la dificultad de preparar muestras crio-EM con espesor de hielo controlado a nanoescala. El chip basado en silicio (Si), que tiene una matriz regular de microagujos con ventana de óxido de grafeno (GO) modelada en una película de nitruro de silicio controlado por espesor (Si_xN_y), se ha desarrollado mediante la aplicación de técnicas de sistema microelectromecánico (MEMS). La fotolitografía UV, la deposición química de vapor, el grabado húmedo y seco de la película delgada y la fundición en gota de materiales de nanoláminas 2D se utilizaron para la producción en masa de los chips micropatronados con ventanas GO. La profundidad de los micro-agujeros se regula para controlar el espesor del hielo bajo demanda, dependiendo del tamaño de la muestra para el análisis crio-EM. La afinidad favorable de GO hacia las biomoléculas concentra las biomoléculas de interés dentro del microagujeto durante la preparación de la muestra crio-EM. El chip micropatronado con ventanas GO permite imágenes crio-EM de alto rendimiento de varias moléculas biológicas, así como nanomateriales inorgánicos.

Introduction

La microscopía electrónica criogénica (crio-EM) se ha desarrollado para resolver la estructura tridimensional (3D) de las proteínas en su estado nativo 1,2,3,4. La técnica consiste en fijar proteínas en una capa delgada (10-100 nm) de hielo vítreo y adquirir imágenes de proyección de proteínas orientadas aleatoriamente utilizando un microscopio electrónico de transmisión (TEM), con la muestra mantenida a temperatura de nitrógeno líquido. Miles o millones de imágenes de proyección son adquiridas y utilizadas para reconstruir una estructura 3D....

Protocol

1. Fabricación de chip micro-estampado con ventanas GO (Figura 1)

1. Deposite el nitruro de silicio.
   1. Deposite nitruro de silicio de baja tensión (Si_xN_y) a ambos lados de la oblea de Si (4 pulgadas de diámetro y 100 μm de espesor) utilizando deposición química de vapor de baja presión (LPCVD) a 830 °C y una presión de 150 mTorr, bajo un flujo de 170 sccm de diclorosilano (SiH₂Cl₂, DCS) y 38 sccm de amoníaco (NH₃).
   2. Usando una velocidad de deposición de ~30 Å/min, controle el espesor de Si_xN_y para que esté d....

Results

Un chip micro-estampado con ventanas GO fue fabricado por la fabricación MEMS y la transferencia de nanoláminas GO 2D. Los chips para micropatrones se produjeron en masa, con aproximadamente 500 chips producidos a partir de un 4 en oblea (Figura 1B y Figura 2A, B). Los diseños de los chips micro-estampados pueden ser manipulados utilizando diferentes diseños de la máscara de cromo (Figura 2) durante el procedimiento.......

Discussion

Los procesos de microfabricación para producir chips micro-modelados con ventanas GO se presentan aquí. El chip micropatronado fabricado está diseñado para regular el grosor de la capa de hielo vítreo controlando la profundidad del microagujeto con ventanas GO dependiendo del tamaño del material a analizar. Se fabricó un chip microestampado con ventanas GO utilizando una serie de técnicas MEMS y un método de transferencia de nanoláminas 2D (Figura 1). La principal ventaja de utilizar la técn.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
1-metil-2-pirrolidinona (NMP)	Sigma Aldrich, EE. UU.	443778
Acetona
AFM	Park Systems, Corea del Sur	NX-10
Aligner	Midas System, Corea del Sur	MDA-600S
AZ 300 MIF desarrollador	AZ Electronic Materials USA Corp., EE. UU	Soporte 184411
Cryo-EM	Gatan, EE. UU.	626 Soporte crio-EM de inclinación simple
Hexametildisizazne (HMDS), 98+%	Alfa Aesar, EE. UU.	10226590
Deposición química de vapor a baja presión (LPCVD)	Centrotherm, Alemania	LPCVD E1200
maP1205 positivo PR	Tecnología Micro Resist, Alemania	A15139
Hidróxido de potasio (KOH), escamas	DAEJUNG CHEMICALS & METALS Co. LTD., Corea del Sur	6597-4400
Espectrómetro Raman	NOST, Corea del Sur	Sistema Micro Raman Confocal HEDA
Grabador de iones reactivos (RIE)	Ingeniería Científica, Corea del Sur	construido en
	Carl Zeiss, Alemania	SUPRA 55VP
Oblea de Si	JP COMMERCE, Corea		Oblea de silicio de 4", tipo P (B), (100), 1-30ohm.c m, DSP, T: 100um
Recubridor	Dong Ah Trade Corp., Corea del Sur	ACE-200
TEM	JEOL, Japón	JEM-2100F