셀 동작의 Nanotopographical 변조를위한 나노 패턴 기판 사용 스티치 기법을 확장

요약

세포 거동의 나노 지형학적 조절을 연구하기 위해 작은 나노 패턴 주형에서 넓은 면적의 나노 패턴 기판을 생산하는 프로토콜이 제시됩니다.

초록

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.

서론

최근의 많은 연구 결과에 따르면 기질 나노 지형학은 세포 부착, 확산 및 이동에서 증식 및 분화에 이르기까지 세포 행동에 뚜렷한 영향을 미친다^1-6. 예를 들어, 깊은 나노그레이팅에서 배양된 세포에서 더 작은 세포 크기와 더 낮은 증식 속도가 관찰되었으며, 플랫 대조군^2,7-10에 비해 세포 정렬, 신장 및 이동이 향상되었음에도 불구하고 세포사멸로 이어지기도 했습니다. 또한, 나노 지형학은 줄기 세포를 뉴런^2,11,12, 근육¹³ 및 뼈^3,4와 같은 특정 계통으로 분화하는 것을 촉진하는 것으로 나타났습니다. 또한, 엔지니어링 된 나노 물질^14,15의 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....

프로토콜

EBL 금형에서 PDMS 금형 1. 복제

1. ⁽²⁹⁾ 실리콘 몰드를 제조
   1. 스핀 코팅은 200 ㎕의 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA) 1 분 동안 2,500 rpm에서 1 × 1cm의 실리콘 (Si) 기판 상에 용액의 박막을 형성한다.
   2. 2 분 동안 180 ° C에서 Si 기판의 PMMA 필름을 굽는다.
   3. 300 μC / ^㎠의 면적 도즈 집속 전자 빔을 이용하여 PMMA 필름의 설계 나노 패턴을 작성한다.
   4. 80 초 동안 개발자의 PMMA의 나노 패턴을 개발합니다.
   5. 10 kV로, 0.5 mA의 방출 전류는 0.5 Å / sec의 증착 속도의 출력 전압 전자빔 증착기를 이용하여 두께 50 nm의 니켈 층과 PMMA의 나노 패턴을 증착.
   6. 20 분 동안 80 ° C에서 20 ㎖ 제거제의 PMMA 부 리프트 오프.
   7. 반응성 이온 에칭 (RIE) Si 기판에 나노 패턴은 원하는 깊이의 실리콘 몰드 도착.
      참고 : tetr의 가스 혼합물afluoromethane (CF ₄₎ 150 W 400 W와 RIE 전력의 유도 결합 플라즈마 (ICP) 전원으로 / 산소 (O ₂₎ (90....

결과

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.

.......

토론

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, .......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

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

353003스