세포 거동의 나노 지형학적 조절을 연구하기 위해 작은 나노 패턴 주형에서 넓은 면적의 나노 패턴 기판을 생산하는 프로토콜이 제시됩니다.
방법 논문
세포 거동의 나노 지형학적 조절을 연구하기 위해 작은 나노 패턴 주형에서 넓은 면적의 나노 패턴 기판을 생산하는 프로토콜이 제시됩니다.
기판 나노 지형은 세포 표현형과 기능의 강력한 조절자인 것으로 나타났습니다. 세포 행동의 나노 지형 조절을 해부하기 위해서는 후속 생화학 및 분자 생물학 분석을 위해 나노 지형에서 충분한 세포를 배양할 수 있도록 넓은 영역의 나노 패턴 기판이 바람직합니다. 그러나 현재의 나노 제조 기술은 넓은 면적에 걸쳐 고도로 정의된 나노 패턴을 생성하는 데 한계가 있습니다. 본 명세서에서는 스티치(stitch) 기법을 이용하여 나노패턴화된 기판을 작고 고도로 정의된 나노패턴에서 넓은 영역으로 확장하는 방법을 제시한다. 이 방법은 잘 정의된 주형에서 폴리(디메틸실록산)(PDMS) 주형을 복제하는 소프트 리소그래피, 여러 PDMS 주형을 하나의 대형 주형으로 조립하는 스티치 기술, 폴리스티렌(PS) 기판에 마스터 주형을 생성하는 나노임프린팅 등 여러 기술을 결합합니다. PS 마스터 몰드를 사용하여 PDMS 작업 기판을 생산하고 세포 확산의 나노 지형 변조를 시연합니다. 이 방법은 넓은 영역에 걸쳐 잘 정의된 나노 패턴을 생성할 수 있는 간단하고 저렴하면서도 다재다능한 방법을 제공하며, 하이브리드 구성 요소가 있는 마이크로/나노 스케일 장치를 만들기 위해 잠재적으로 확장될 수 있습니다.
최근의 많은 연구 결과에 따르면 기질 나노 지형학은 세포 부착, 확산 및 이동에서 증식 및 분화에 이르기까지 세포 행동에 뚜렷한 영향을 미친다1-6. 예를 들어, 깊은 나노그레이팅에서 배양된 세포에서 더 작은 세포 크기와 더 낮은 증식 속도가 관찰되었으며, 플랫 대조군2,7-10에 비해 세포 정렬, 신장 및 이동이 향상되었음에도 불구하고 세포사멸로 이어지기도 했습니다. 또한, 나노 지형학은 줄기 세포를 뉴런2,11,12, 근육13 및 뼈3,4와 같은 특정 계통으로 분화하는 것을 촉진하는 것으로 나타났습니다. 또한, 엔지니어링 된 나노 물질14,15의 독성에 대한 우려가 증가하기 때문에 나노 물질의 정확한 위험 평가를 위해 생리학적으로 관련된 시험관 내 모델에 나노 지형을 통합 할 필요가 있습니다. 생화학 및 분자 생물학 분석을 수행하려면 넓은 면적의 나노 패턴 기질에서 성장하기에 충분한 세포가 필요합니다. 그러나 기존의 나노 제조 기술은 넓은 면적에 걸쳐 고도로 정의된 나노 패턴을 생성하는 데 한계가 있습니다.
16 및 고분자 디믹싱17을 포함한 > 자체 조립은 저렴한 비용으로 대면적 나노 구조를 쉽게 생성할 수 있습니다. 자기 조립은 콜로이드 입자와 거대분자와 같은 조립 요소 간의 상호 작용, 그리고 이러한 요소와 기판 간의 가능한 상호 작용에 의존하기 때문에 정확한 공간 위치와 임의의 모양을 가진 나노 구조를 생산하는 독립적인 방법이 될 수 없습니다18. 수반되는 높은 밀도의 결함도 단점입니다. 나노 패턴의 정밀한 공간 제어는 하향식 석판 인쇄 방식을 사용하여 조립 요소19-21의 상향식 조립을 안내하는 지형 및/또는 화학적 템플릿을 제공하는 템플릿 자체 조립을 사용하여 달성할 수 있습니다. 스텝 앤 플래시 리소그래피(22) 및 롤-투-롤(roll-to-roll) 나노임프린팅 리소그래피(23)와 같은 대안적인 나노 제조 기술이 개발되었지만, 그들의 정교한 공정 또는 특수 장비의 요구로 인해 사용이 제한되어 있다. 그럼에도 불구하고, 정의된 나노 스케일 패턴을 가진 템플릿 또는 마스터 몰드는 템플릿 또는 대체 나노 제조 기술에 필요합니다.
이러한 템플릿과 마스터 몰드는 일반적으로 집속 전자, 이온 또는 광자 빔 리소그래피를 사용하여 생성됩니다. 예를 들어, 전자빔 리소그래피(EBL)24 및 집속 이온 빔 리소그래피(25)는 5nm 미만의 분해능으로 정의된 패턴을 생성할 수 있습니다. 이광자 리소그래피는 30nm26의 작은 피처 크기를 보여주었습니다. 집속 빔 리소그래피 기술을 통해 잘 정의된 나노 단위 구조를 생성할 수 있지만 자본 투자와 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 드는 프로세스로 인해 학술 연구에서의 광범위한 사용이 제한됩니다27. 그러므로, 높은 충실도를 가진 넓은 면적의 나노 패터닝 표면을 생산할 수 있으면서도 저렴한 기술을 개발하는 것이 매우 바람직합니다.
우리는 작고 잘 정의된 주형(28)으로부터 넓은 면적의 나노패턴 표면을 생성하기 위한 간단하고 비용 효율적인 스티치 기술을 보고했다. 이 프로토콜은 EBL로 작성된 패턴을 사용하여 폴리(디메틸실록산)(PDMS) 금형 복제부터 여러 PDMS 금형을 하나의 대형 금형으로 조립, 폴리스티렌(PS) 기판과 같은 고분자 기판에서 마스터 금형 생성, 작업 기판 생산에 이르기까지 단계별 절차를 제공합니다. 확장된 나노 패턴 기판을 사용하여 세포 확산의 나노 지형 조절을 입증했습니다.
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EBL 금형에서 PDMS 금형 1. 복제
대형, 단일 금형에 PDMS 금형 2. 바느질
PS 기판에 마스터 몰드의 3 세대
주 : 유리 슬라이드에 고정화 스티칭 PDMS 몰드가 PS 판 또는 작동 나노 패턴 기판을 제조 할 수있는에서 PS 박막의 마스터 몰드를 생성하는데 사용될 수있다.
세포 행동 4. Nanotopographical 변조
참고 : 대표 nanotopographies 셀 확산의 nanotopographical 변조를 설명하기에 인간의 상피 세포가 배양.
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스티치 기법은 높은 정확도와 나노 패턴 기판의 넓은 영역을 생성 할 수있다. 도 1a는 각각, Si 기판 상에 PS 판과 PS 박막 스티칭 PDMS 몰드로부터 전송 된 나노 패턴의 넓은 영역을 표시 1B. 원래 EBL-기록 금형 (그림 1C) 및 기판 (그림 1D)를 작업의 최종 PDMS 사이의 비교는 EBL-기록 된 나노 패턴이 충실하게 작업 기판에 전달 될 수 있음을 확인합니다. 다양한 형상 및 크기의 나노 토포 그래피는 셀의 동작을 조절하는데 사용될 수있다. A549과도 2에서 설명한 바와 같이, 모델 셀로서 adenocarcinomic 기저 상피 세포주 이방성 nanogratings는 A549 세포 등방성 나노 기둥에 표시 다극 형태에 비해 nanograting 방향으로 셀을 길게 할 수있다.
NT를 "F...액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
우리는 나노 패턴 기판의 넓은 영역을 생성하기 위해, 단순 저렴하면서도 다목적 방법을 제시한다. 충실하게 높은 정의 나노 패턴을 확장하려면 큰 관심은 몇 가지 중요한 단계에 지불해야한다. 첫 번째 다중 PDMS 금형을 트리밍하는 것이다. PDMS의 주형의 패터닝되지 않은 부분을 제거 할 필요가있다. 또한, 주형의 측벽 금형 사이의 갭을 최소화하기 위해 가능한 한 수직으로 완벽 절단한다. 총체적 최종 스티치 몰드에 비 패턴 영역의 일부가 감소 될 수있다. 둘째,이 PDMS 몰드의 나노 패턴 표면은 실리콘 기판 상에 변형이없는 정렬 될 필요가있다. PDMS의 나노 구조물을 변형하는 경향이 있기 때문에합니다 (PDMS 몰드와 실리콘 표면 사이의 공기를 포획하지 않도록) 부드럽고 균일하게 실리콘 기판의 거울면에 대하여 나노 패턴 표면을 배치하는 것이 중요하다. PDMS 몰드가 있지만 네이 닿지 않으면 서 최대한 가까이 정렬 될 것이다주형 ghboring하면 상기 최종 스티치 주형의 패터닝되지 않은 부분을 최소화한다. 그렇지 않으면, ...
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이 작업은 NSF CBET 1227766, NSF CBET 1511759 및 Byars-Tarnay Endowment의 일부 지원을 받았습니다. NSF EPS-1003907의 일부 지원을 받는 West Virginia University Shared Research Facilities의 사용에 감사드립니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| JEOL 전계 방출 SEM | JEOL | JSM-7600F | EBL |
| E-빔 증발기 | Kurt J. Lesker | 모델: LAB 18 전자빔 증발기 | 니켈 증착 |
| Trion Minilock III ICP/RIE | 트리온 기술 | 모델: Minilock-phantom III | |
| 프레스 기계 | PHI 유압 프레스 | 몰데: SQ-230H | |
| 스핀 코터 | 로렐 기술 | 모델 : WS-400A-6NPP-LITE | |
| CO2< / sub> 임계 건조기 | Tousimis | 모델 : Autosamdri-815 | |
| 실리콘 웨이퍼 | 대학 웨이퍼 | 1080 | |
| 알루미늄 플레이트 | McMaster-carr | 9057K123 | |
| 테프론 시트 | McMaster-carr | 8711K92 | |
| 100 mm 페트리 접시 | FALCON | ||
| 60mm 페트리 접시 | FALCON | 353004 | |
| 유리 커버 슬립 | Fisher Scientific | 12-542-B | |
| 유리 슬라이드 | Fisher Scientific | 12-550-34 | |
| 일회용 계량 보트 | Fisher Scientific | 13-735-743 | |
| 유리 건조기 | Fisher Scientific | 02-913-360 | |
| 플라스틱 건조제 | Bel-Art Products | F42025-000 | |
| 핫플레이트 | Fisher Scientific | 1110049SH | |
| 핀셋 | Ted Pella, inc. | 5726 | |
| 블레이드 | 피셔 사이언티픽 | S17302 | |
| 금속 블록 | McMaster-carr | ||
| 펀치 | Brettuns Village 가죽 공예 용품 | 아치 펀치 | |
| 폴리(메틸 메타크릴레이트) | MicroChem | 495 PMMA A4 | |
| PDMS | 다우 코닝 | 실가드 184 키트 | |
| 폴리스티렌 | 다우 케미컬 | 스티론 685D | |
| 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸메틸디클로로실란 | 오크우드 케미컬 | 7142 | |
| 개발자 | MicroChem | MIBK/IPA 1:3 비율 | |
| 리무버 | MicroChem | 리무버 PG | |
| 에탄올 | 피셔 사이언티픽 | BP2818500 | |
| 톨루엔 | 피셔 사이언티픽 | T324-500 | |
| 인산염 완충 식염수 | Sigma Aldrich | D8537 | |
| Dulbecco' s 수정된 독수리 매체 | 시그마 알드리치 | D5796 | |
| 태아 소 세럼 | 애틀랜타 생물학적 | S11550 | |
| 파라포름알데히드 | 전자 마이크로소피 사이언 | 15712-S | |
| 글루타알데히드 | 피셔 케미컬 | G151-1 | |
| 피브로넥틴 | 코닝 | 356008 | |
| A549 세포 | ATCC | ATCC CCL-185 |
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