In vitro Analisi cellulare multiparametrica mediante array di transistor a effetto di campo modulati con carica organica micro

Questo metodo fornisce una soluzione originale per l'analisi cellulare, un campo che attualmente manca di sistemi di registrazione adeguati che siano multiparametrici, biocompatibili, meccanicamente conformi e infine a basso costo. Con questo metodo, è possibile ottenere sistemi di rilevamento con diverse capacità di rilevamento, come la capacità di monitorare sia l'attività elettrica che quella metabolica delle cellule utilizzando un unico tipo di dispositivo organico elettronico. Oltre a contribuire a ridurre la sperimentazione animale in vivo, i sistemi multiparametrici in vitro sono uno strumento estremamente promettente in una varietà di campi biomedici, come la medicina personalizzata e gli studi sulle malattie neurodegenerative.

Il tutto nell'elevata versatilità della carica organica, modulatore a effetto di campo transistor, è possibile integrare anche altri sensori, come ad esempio sensori per la rilevazione di volumi di diversi biomarcatori. Tagliare pezzi di 6 per 6 centimetri quadrati da un nuovo foglio di PET da 250 micrometri, quindi risciacquare i substrati in PET con acetone, alcool isopropilico e acqua deionizzata. Asciugali usando flussi e azoto e conservali in piastre di Petri pulite e di plastica.

Per la deposizione di titanio, pre-pulire i substrati con ossigeno al plasma e posizionarli sul supporto del substrato all'interno della camera posteriore dell'evaporatore termico. Quindi, posizionare 60 milligrammi di titanio nel crogiolo, chiudere l'otturatore e pompare la camera di evaporazione fino a raggiungere 10 al tour 6. Aumentare la potenza dell'evaporatore fino a quando il crogiolo si illumina di rosso e attendere 30 secondi.

Quindi, apri l'otturatore, aumenta la potenza al 60% e attendi 60 secondi. Dopo 60 secondi, chiudere l'otturatore e abbassare l'alimentazione. Per la modellazione, posizionare un substrato alla volta sullo Spin Coater posizionato all'interno di una cappa aspirante.

Utilizzando una pipetta di plastica usa e getta, depositare quattro millilitri di fotoresist sul substrato per ottenere uno strato fotoresist di due micrometri di spessore utilizzando i parametri di rivestimento di spin menzionati nel manoscritto di testo. Cuocere morbidamente il fotoresist posizionando il substrato su una piastra calda e quindi conservare il substrato all'interno di una capsula di Petri avvolta in un foglio di alluminio o in un contenitore di plastica. Quindi, posizionare il substrato in un grafico brahma e posizionare la maschera fotolitografica in plastica, ma il layout del cancello galleggiante desiderato sul substrato, esporre la maschera alla luce UV dall'alto per un minuto.

Quindi rimuovere con cura la maschera, avendo cura di ridurre al minimo i movimenti laterali della maschera sul substrato, immergere il substrato per 10 secondi in un contenitore di vetro riempito con la soluzione in via di sviluppo. Quindi risciacquarlo rapidamente in acqua deionizzata, incidere il titanio esposto immergendolo nella soluzione di incisione in titanio per 15 secondi, quindi risciacquare con acqua deionizzata e asciugare con azoto. Otticamente, ispezionare il substrato e rimuovere la resistenza fotografica usando l'acetone.

Quindi risciacquare il substrato con alcool isopropilico e acqua deionizzata e asciugarlo con azoto. Per la deposizione dielettrica a cancello, posizionare 300 milligrammi di dimero Parylene C sul rivestimento di parylene e impostare i valori di pressione. Dopo la deposizione, pulire i substrati con acetone, alcool isopropilico e acqua deionizzata e asciugarli con azoto come dimostrato in precedenza.

Dopo aver depositato la resistenza fotografica sul substrato come dimostrato in precedenza, posizionare il substrato in un bromografo e posizionare la maschera fotolitografica in plastica sul substrato per la polarizzazione al microscopio stereoscopico. Dopo un'esposizione ai raggi UV di un minuto dall'alto, rimuovere con attenzione la maschera come dimostrato in precedenza. Sviluppare la resistenza fotografica come dimostrato in precedenza, quindi esporre il substrato con la resistenza fotografica modellata al plasma di ossigeno per rimuovere il Parylene C dalle aree di rilevamento.

Posizionare i substrati in un contenitore di vetro pieno di acetone all'interno del bagno ad ultrasuoni per 10 secondi per rimuovere completamente la resistenza fotografica, quindi risciacquare i substrati con acetone, alcool isopropilico e acqua e asciugarli con azoto come dimostrato in precedenza. Dopo aver depositato la foto resistenza sul substrato, come dimostrato in precedenza, posizionare il substrato in un Burmograph e posizionare sul substrato una maschera fotolitografica plastica con semplici rettangoli neri, che copriva interamente le aree dei transistor. Dopo un'esposizione di un minuto alla luce UV dall'alto e dal basso con attenzione, rimuovere la maschera e sviluppare la resistenza fotografica, come dimostrato in precedenza.

Pulire i substrati con il delicato trattamento al plasma per favorire l'adesione del metallo sul Parylene C quindi posizionarli sul supporto del substrato all'interno della camera a vuoto dell'evaporatore termico. Metti 30 milligrammi di oro nel crogiolo, chiudi l'otturatore e pompa giù la camera di evaporazione fino a raggiungere 10 al meno cinque Tor. Aumentare la potenza dell'evaporatore fino a quando il crogiolo si illumina di rosso e attendere 30 secondi.

Aprire l'otturatore, aumentare la potenza al 40% e attendere 60 secondi. Quindi chiudi l'otturatore e abbassa l'alimentazione. Posizionare i substrati in un contenitore di acetone all'interno del bagno ad ultrasuoni per 10 secondi per sollevare la resistenza fotografica rimuovendo così l'oro dal canale dei transistor.

Risciacquare, asciugare e depositare la resistenza fotografica sui substrati come dimostrato in precedenza. Dopo aver posizionato il substrato in un bromografo, posizionare sul substrato una maschera fotolitografica in plastica con le sorgenti, gli scarichi e il layout del cancello di controllo desiderati. Dopo un minuto di esposizione ai raggi UV dall'alto, rimuovere con attenzione la maschera e sviluppare la resistenza fotografica come dimostrato in precedenza.

Incidere l'oro esposto immergendolo nella soluzione di incisione dell'oro per 10 secondi, quindi risciacquare con acqua deionizzata e asciugare usando azoto come dimostrato. Dopo aver ispezionato otticamente il substrato, rimuovere la resistenza fotografica usando acetone, risciacquare con alcool isopropilico e acqua deionizzata e asciugare con azoto. Dopo aver depositato la foto resistenza sul substrato, posizionare, il substrato e un bromografo in posizione sul substrato una maschera fotolitografica plastica con aperture corrispondenti alle aree di rilevamento del pH dell'OCMFET.

Dopo un minuto di esposizione ai raggi UV dall'alto rimuovere con cura la maschera come dimostrato in precedenza. Sviluppare la resistenza fotografica come dimostrato in precedenza, quindi proteggere l'intero dispositivo ad eccezione delle aree di rilevamento del pH con nastro isolante in poliimmide e depositare uno strato di Parylene C da 500 nanometri sul substrato utilizzando i parametri menzionati nel manoscritto di testo. Dopo aver rimosso con cura il nastro isolante in poliammide, esporre il substrato al plasma di ossigeno per attivare il Parylene C sulle aree di rilevamento del pH degli OCMFET.

Quindi, posizionare i substrati in un contenitore di acetone all'interno del bagno ad ultrasuoni per 10 secondi per rimuovere completamente la resistenza fotografica. Risciacquare i substrati con acetone e alcool isopropilico e asciugarli con azoto. Posizionare i substrati su una piastra calda a 50 gradi Celsius prima di gettare una goccia di microlitro di soluzione di semiconduttore su ciascuna area del canale.

Coprire l'intero substrato con il coperchio e asciugarlo sotto un cappuccio chimico per 30 minuti. Estrarre il dispositivo dal PET, manualmente o utilizzando una taglierina laser. Una coltura confluente di cardiomiociti di ratto aderenti alla superficie di un MOA era immunostato per la proteina sarcomerica tropomiosina.

Un esempio di un singolo segnale cardiomiocitario misurato con un OCMFET è mostrato qui. Il dispositivo potrebbe rilevare sia l'attività elettrica cellulare spontanea che l'attività indotta dalla somministrazione di diverse sostanze chimiche o farmaci. Grazie alla configurazione array del MOA, si trattava di stimare la velocità di propagazione del segnale cardiaco all'interno della coltura cellulare.

L'OCMFET è stato anche in grado di amplificare i potenziali del campo neuronale con una notevole stabilità e buoni rapporti segnale/rumore. Le diverse risposte di un canale sensibile al pH e insensibile al pH di un MOA alla stimolazione chimica con bicucullina e tetrodotossina hanno dimostrato la capacità del dispositivo di discriminare tra diversi stati metabolici cellulari. Ispezionare attentamente il substrato prima di ogni fase del protocollo di fabbricazione.

Ciò aumenterà notevolmente la resa del processo. Utilizzando diversi metodi di funzionalizzazione, è possibile ottenere sensori chimici e fisici che possono essere utilizzati in applicazioni come laboratorio su chip e pelle robotica.