Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

التصنيع الدقيق لأنماط ذهب نانوية مسامية للدراسات التفاعل الخلوي المواد

Published: July 15, 2013 doi: 10.3791/50678
Automatic Translation
1, 2, 3, 1, 1
1Department of Electrical and Computer Engineering, University of California, Davis, 2Department of Chemical Engineering and Materials Science, University of California, Davis, 3Department of Biomedical Engineering, University of California, Davis

Summary

نحن تقريرا عن تقنيات لmicropattern نانوية مسامية أغشية رقيقة من الذهب عن طريق الطباعة الاستنسل وضوئيه، فضلا عن أساليب لخلايا الثقافة على أنماط microfabricated. وبالإضافة إلى ذلك، نحن تصف أساليب تحليل الصور لوصف التشكل من المواد والخلايا المستزرعة باستخدام المسح الضوئي وتقنيات الإلكترون المجهري مضان.

Abstract

المواد ذات البنية النانومترية مع أحجام ميزة في عشرات من نانومتر عززت أداء العديد من التكنولوجيات، بما في ذلك خلايا الوقود، وأجهزة الاستشعار، طلاء الجهاز الطبي الحيوي، وأدوات توصيل الدواء. الذهب نانوية مسامية (NP-الاتحاد الافريقي)، التي تنتجها عملية التجميع الذاتي مقياس النانو، هو مادة جديدة نسبيا التي يسلك مساحة واسعة فعالة السطح، والموصلية الكهربائية عالية، ونشاط الحفاز. جعلت هذه الخصائص NP-الاتحاد الافريقي مادة جذابة للمجتمع العلمي. معظم الدراسات على NP-الاتحاد الافريقي توظيف العينات على نطاق والكلي والتركيز على العلوم الأساسية من المواد الحفازة وتطبيقاتها وأجهزة الاستشعار. العينات على نطاق الماكرو تحد محتمل NP-الاتحاد الافريقي في نظم المنمنمة، بما في ذلك الأجهزة الطبية الحيوية. من أجل معالجة هذه القضايا، وصفنا في البداية طريقتين مختلفتين لmicropattern NP-الاتحاد الافريقي الأغشية الرقيقة على ركائز صلبة. الأسلوب الأول يستخدم أقنعة الاستنسل يدويا المنتجة لخلق أنماط NP-AU-نطاق ملليمتر، حين إلىE يستخدم الأسلوب الثاني ضوئيه الانطلاق إلى نمط أنماط ملم على نطاق والفرعية. كما يتم الحصول على الأفلام NP-الاتحاد الافريقي رقيقة من قبل عملية تفل-ترسب، فهي متوافقة مع تقنيات التصنيع الدقيق التقليدية، وبالتالي قابلة للتكامل السطحية إلى مايكروسيستمز. وتشمل هذه النظم منصات جهاز الاستشعار البيولوجي كهربائيا عنونة التي تستفيد من ارتفاع سطح منطقة فعالة، التوصيل الكهربائي، وbioconjugation سطح ثيول القائم على الذهب. وصفنا زراعة الخلايا، المناعية، وتقنيات معالجة الصور لقياس التفاعل NP-الافريقي مع خلايا الثدييات، والتي هي معلمة أداء مهمة لبعض أجهزة الاستشعار. ونحن نتوقع أن التقنيات يتضح هنا ستساعد دمج NP-الاتحاد الافريقي في منصات على مختلف طول موازين وفي العديد من التطبيقات، بما في ذلك أجهزة الاستشعار، وأنظمة تخزين الطاقة، والمواد الحفازة.

Introduction

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. نانوية مسامية تصنيع الذهب

  1. ركائز نظيفة في حل سمكة البيرانا
    1. إضافة 25 مل بيروكسيد الهيدروجين (30٪) إلى 100 مل حامض الكبريتيك (96٪) في طبق تبلور وحرارة الخليط إلى 65 درجة مئوية على موقد. تحذير: السوائل المسببة للتآكل للغاية ويجب التعامل معها بحذر. لا ينبغي خزنها الحل قضى في حاوية مغلقة، لأنها قد تنفجر.
    2. مكان 1 بوصة بواسطة شرائح المجهر 3 بوصة إلى الخليط باستخدام ملقط المقاومة للحمض وتنظيفها لمدة 10 دقيقة. استخدام المناعية قارب الخزف لدفعة التنظيف coverslips على الصغيرة. علاج coverslips على الصغيرة مع الهواء البلازما في 10 واط لمدة 30 ثانية قبل الغمر في محلول.
    3. شطف عينات تنظيف الأطباق في بلورة تحت منزوع الأيونات الماء (DI) تشغيل لمدة 3 دقائق. عينات مجففا بمسدس النيتروجين أكثر من الوبر خالية من المناشف.
  2. إعداد قناع الاستنسل (الطريقة 1: استخدم هذا لخلق أنماط واسعة المليمتر)
    1. لكمة 250 ورقة المطاط الصناعي سيليكون ميكرون سميكة مع خزعة اللكمات و / أو شق خارج المناطق مع مشرط على سطح البلاستيك شبه الثابت. تنظيف أوراق المطاط الصناعي المعالجة في 70٪ الأيزوبروبانول والجافة مع بندقية النيتروجين.
    2. وضع ورقة لكمات على خالية من الوبر منشفة غرف الأبحاث ومحاذاة coverslips على سمكة البيرانا تنظيفها على الاستنسل مع سطح العينة التي تواجه الاستنسل.
  3. نمط رفع قبالة مقاومة للضوء (الطريقة 2: استخدم هذا لخلق أنماط ملم على نطاق والفرعية)
    1. وضع سمكة البيرانا تنظيفها على شريحة المجهر الغزل تشاك وينفخون أي الجسيمات مع بندقية النيتروجين. الاستغناء عن 1.5 مل من مروج التصاق (hexamethyldisilazane) على شريحة زجاجية باستخدام ماصة بلاستيكية. تنتشر المروج من قبل الغزل الشريحة تباعا في 500 دورة في الدقيقة لمدة 5 ثوانى و1،500 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية. خبز الشرائح على موقد في 115 درجة مئوية لمدة 7 دقائق واتركها تبرد لمدة 5 دقائق.
    2. الاستغناء عن 4 مل من مقاوم الضوء على شريحة زجاجية (3 بوصة بذ 1 بوصة). تنتشر مقاومة للضوء عن طريق الدوران الشريحة مع نفس البروتوكول بالنسبة للالتصاق المروج. خبز مقاوم الضوء على موقد في 115 درجة مئوية لمدة 1.5 دقيقة واتركها تبرد لمدة 10 دقيقة.
    3. فضح الشريحة مقاومة للضوء المغلفة مع ضوء الأشعة فوق البنفسجية (كثافة: 22 ميغاواط / سم 2) من خلال قناع الشفافية لمدة 15 ثانية. خبز مقاوم الضوء على موقد في 115 درجة مئوية لمدة 1.5 دقيقة والانتظار لمدة 45 دقيقة. حل مقاوم الضوء التي تتعرض لها من المطور مقابل 3.5 دقيقة على الأقل. شطف جيدا بالماء DI. تفقد أنماط ضعت تحت المجهر الضوئي.
  4. المعادن ودائع السلائف لإنتاج NP-الاتحاد الافريقي الأغشية الرقيقة
    1. تحميل عينات إلى آلة الاخرق التي يمكن إيداع مستقل الذهب، والفضة، والكروم. تفل تنظيف العينات لمدة 90 ثانية في 50 W تحت 25 mTorr الأرجون جو معالجة قبل البدء ترسب المعادن.
    2. تفل الكروم لمدة 10 دقيقة في 300 W تحت 10 mTorr الأرجون. تفل الذهب لمدة 90 ثانية في 400 W الأمم المتحدةدر 10 mTorr الأرجون. شارك في تفل الذهب والفضة لمدة 10 دقيقة مع الفضة عند 200 W وقوة الاتحاد الافريقي في 100 W. إيقاف الذهب تفل مصدر حوالي 10 ثانية قبل إيقاف الفضة تفل المصدر.
  5. الحصول micropatterns المعادن السلائف
    1. يصوتن عينات مقاومة للضوء المغلفة في ~ 180 مل من متجرد مقاومة للضوء لمدة 10 دورات من 20 ثانية صوتنة و2 دقيقة وقفة بين الدورات. شطف عينات مع الماء DI وتجف مع بندقية النيتروجين. تفقد أنماط المعادن تحت المجهر.
    2. قشر الاستنسل المطاط الصناعي من العينات المغلفة غير مقاومة للضوء باستخدام اثنين من ملاقط للكشف عن المعادن المودعة.
  6. Dealloy المعادن السلائف والبنية النانوية إبدال عبر المعالجة الحرارية
    1. ملء 200 مل دورق زجاجي مع 170 مل من حمض النيتريك (70٪) والمحافظة على درجة حرارة المحلول عند درجة حرارة 55 مئوية على موقد. تحذير: حمض النيتريك هو تآكل للغاية وينبغي التعامل معها معدات الوقاية المناسبة. علاج coverslips على الصغيرة مع الهواء البلازما في 10 واط لمدة 30 ثانية قبل الغمر إلى حمض النتريك. مكان 1 بوصة بواسطة شرائح المجهر 3 بوصة في الدورق باستخدام ملقط المقاومة للحمض وdealloy لهم لمدة 15 دقيقة. استخدام المناعية قارب الخزف لدفعة dealloying coverslips على الصغيرة.
    2. شطف عينات dealloyed بغمر تباعا لهم في اثنين من الأكواب مملوءة بالماء DI الطازجة ثلاث مرات. تخزين العينات في المياه DI واستبدال المياه مع مياه DI الطازج كل يوم لمدة أسبوع على الأقل. عينات مجففا بمسدس النيتروجين أكثر من المناشف خالية من الوبر قبل الاستخدام.
    3. تحميل العينات في الصعود إلى رقاقة السيليكون نظيفة في معدات المعالجة الحرارية السريع. ضبط درجة الحرارة إلى ما بين 200 درجة مئوية و 450 درجة مئوية، ومعدل الطريق المنحدر إلى 10 ° C / ثانية. فضح العينات إلى درجة الحرارة المحددة لمدة 10 دقيقة تحت النيتروجين المحيطة. السماح للغرفة باردة (<100 ° C) وإزالة العينات. بدلا من ذلك، وضع ببطء العينات على موقد لtreatm الحراريةوالأنف والحنجرة.

2. الثقافة الخلية

  1. تحضير عينات NP-الاتحاد الافريقي لزراعة الخلايا
    1. مكان عينات NP-الاتحاد الافريقي في أطباق البوليسترين وعلاج مع البلازما الجوية في 10 W لمدة 30 ثانية ونقل العينات إلى 24 جيدا لوحات زراعة الأنسجة.
    2. إضافة 500 ميكرولتر سائل الإعلام والثقافة كاملة (Dulbecco في التعديل النسر متوسطة مع 10٪ مصل بقري جنيني و 1٪ البنسلين / الستربتوميسين) إلى كل بئر. متجر في حاضنة ترطيب عند 37 درجة مئوية و 5٪ CO 2 حتى البذر الخلايا (<1 ساعة).
  2. المحافظة، والمرور، والبذور الخلايا
    1. الحفاظ على خلايا الفائدة (في هذه الحالة الخلايا الليفية 3T3-NIH أو الخلايا النجمية الفئران) في قوارير T75 مع وسائل الإعلام والثقافة، ومرور عندما تكون الخلايا 70٪ متموجة.
    2. لالركض الخلايا، وإزالة وسائل الاعلام من القارورة، ويغسل مرتين مع 10 مل الفوسفات مخزنة المالحة (PBS)، إضافة 2 مل من 1X التربسين / EDTA واحتضان حتى فصل الخلايا (~ 5 دقائق). إضافة 3 مل وسائل الإعلام الجديدة والطرد المركزي في 1،200 دورة في الدقيقة لمدة 3 دقائق. نضح طاف ووقف بيليه في 2 مل وسائل الإعلام.
    3. إزالة وسائل الإعلام أمضى من الآبار والبذور الخلايا على coverslips الزجاج في مناطق ذات كثافة من 25،000 خلية / سم 2 مع الحجم النهائي من 1 مل. يهز لوحة الثقافة إلى الأمام الى الوراء واليمين واليسار لضمان وجود طلاء موحد من الخلايا على عينات. احتضان الخلايا حتى تحليل اثناء تفقده يوميا.

3. خلية وتحليل المواد

  1. وصمة عار الخلايا لتصور الهيكل الخلوي والنواة
    1. إزالة وسائل الاعلام أمضى من الآبار وغسل الخلايا مرتين مع برنامج تلفزيوني. إصلاح الخلايا في بارافورمالدهيد 4٪ في برنامج تلفزيوني لمدة 15 دقيقة.
    2. إعداد تلطيخ حل من 300 نانومتر اليكسا فلور 488 phalloidin في برنامج تلفزيوني مع 1٪ ألبومين المصل البقري.
    3. غسل الخلايا مرتين مع برنامج تلفزيوني، وpermeabilize لهم في 500 ميكرولتر 0.1٪ تريتون X-100 في برنامج تلفزيوني لمدة 5 دقائق.
    4. غسل الخلايا مرتين مع برنامج تلفزيوني ونقلها لتنظيف الآبار. لطخة 50-200 ميكرولتر حل تلطيخ على العينات وتخزينها في الظلام لمدة 20 دقيقة.
    5. غسل الخلايا مع برنامج تلفزيوني ومكافحة وصمة عار مع 3 نانومتر من دابي في برنامج تلفزيوني لمدة 5 دقائق.
    6. غسل الخلايا مع برنامج تلفزيوني، وتراجع في الماء منزوع الأيونات قبل التركيب على الشرائح غطاء زجاجي مع تصاعد وسائل الإعلام وختم مع طلاء الأظافر واضحة.
  2. الحصول على صور من عينات NP-الاتحاد الافريقي والثقافات الخلية على الأسطح NP-الاتحاد الافريقي
    1. السطوح صورة NP-الاتحاد الافريقي مع المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) مع 50،000 التكبير X في 10 كيلو فولت الإلكترون الطاقة باستخدام كاشف الإلكترونات الثانوية.
    2. التقاط صور الخلية مركب في اماكن مختلفة على عينات باستخدام المجهر مضان مقلوب في التكبير 10X مع مكعبات التصفية المناسب.
  3. صور عملية لتحديد مورفولوجيا المسام والخلايا
    1. فتح الصور في ImageJ وتنقسم إلى القنوات الفردية إن وجدت. تحويل الصور إلى 8 بت، طرح الخلفية، وسهل لهم من قبل filteri متوسطنانوغرام. ضبط عتبة إما يدويا أو من قبل المدمج في مستوى العتبة خوارزميات لتسليط الضوء على المسامات (الفراغات) وأجسام الخلايا / نوى.
    2. استخدام الأمر مستجمعات المياه لفصل المسام المدمجة أو الخلايا. تعيين المعلمات تحليل الجسيمات وتنفيذ الأمر لاستخراج عدد من الجسيمات، متوسط ​​المساحة، ونسبة التغطية من قبل الجسيمات. استخدام الصور دابي الخلية الملطخة لفرز الخلايا والصور خلية phalloidin الملطخة لقياس التغطية خلية في المئة.
    3. تعديل ملفات الماكرو شملت لإجراء تحليل دفعة من صور متعددة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

يحدد الشكل 1 الخطوات الإجرائية الرئيسية، بما في ذلك إنشاء أنماط NP-الاتحاد الافريقي، زراعة الخلايا، قياس البنية النانوية، والتي تميز الأشكال التضاريسية الخلية. الاستنسل المطاط الصناعي هو مبين في الشكل 2A يستخدم (أعلى) لخلق أنماط NP-الاتحاد الافريقي هو موضح في الصور في الأسفل. الشكل 2B هو صورة من القارب الخزف لعينات تجهيز الدفعات. الشكل 2C يعرض على تغير لونها من أنماط معدنية أودعت قبل وبعد dealloying. ويرجع ذلك إلى المحتوى سبائك الفضة الغنية النهاية فضي (قبل dealloying). على dealloying، الفيلم يكتسب صبغة واضح البرتقالي والبني. الشكل 2D يوضح ملامح فاينر التي تنتجها الزخرفة الفوتوليتوغرافية من المعدن. ويمكن الحصول على الأشكال التضاريسية المسام مختلفة عن طريق العلاج الحراري للNP-الاتحاد الافريقي الأفلام 9، كما هو مبين في الشكل (3). صورة مقطعية (الشكل لدى عودتهم 3) يكشف ما إذا كان يتم dealloyed الأفلام بشكل موحد من خلال سماكة الفيلم. يمكن أن تكون مجزأة الصور SEM (thresholded) إلى صور ثنائية (الشكل 3 الصف السفلي) لتحديد حجم ونسبة التغطية من قبل فراغات (رمز 1). يتم عرض صورة مضان ممثل ملتصقة خلايا نجمية الفئران مثقف على سطح NP-الاتحاد الافريقي في الشكل 4. القنوات الفردية من الصورة يمكن تقسيم وتجزئة لإنتاج صور ثنائية لتحليل التفاعل الخلوي المواد. الصور الهيكل الخلوي مجزأة يمكن استخدامها لقياس مساحة الخلية والتغطية السطحية (رمز 2)، في حين أن الصور مجزأة نواة الخلوية هي مفيدة لفرز الخلية (رمز 3). الشكل 5 هو ملخص البصرية من الفشل شائع في تصنيع هياكل NP-الاتحاد الافريقي ، بما في ذلك الفقراء التصاق الفيلم، وغياب المسامية، والمعالجة الحرارية المفرطة.

together.within الصفحات = "دائما"> الشكل 1
الشكل 1. توضيح تخطيطي لخطوات المعالجة الرئيسية. إما ملثمين حمض تنظيفها ركائز مع قناع الاستنسل يدويا قص أو photolithographically نقوش مقاومة للضوء طبقة. الأهداف الذهب والفضة وباءت بالفشل في وقت واحد لخلق سبائك الذهب الغنية الفضة، حيث نقل أقنعة وأنماط على ركائز الزجاج. أنماط سبيكة هي dealloyed في حامض النيتريك لخلق الذهب نانوية مسامية (NP-الاتحاد الافريقي) أنماط. يتم استزراع خلايا الفائدة على عينات ويتم تصوير أنهم مع مضان والمسح الضوئي المجاهر الإلكترونية لاستخراج كل الصفات البيولوجية والمورفولوجية. انقر هنا لعرض أكبر شخصية .

في الصفحات = "دائما"> الشكل 2
الشكل 2. الصور الضوئية A (أ) الاستنسل سيليكون (أعلى) المستخدمة في الزخرفة السلائف سبائك الذهب والفضة، والتي تنتج مجموعة NP-الاتحاد الافريقي (أسفل)، و. (ب) قارب الخزف لعينات تجهيز الدفعات، (ج) لون نموذجية من باءت بالفشل AuAg سبائك (أعلى) وفيلم dealloyed (القاع)، و (د) دقة عالية أنماط NP-الاتحاد الافريقي التي تنتجها اخفاء الفوتوليتوغرافية خلال ترسب الذهب والفضة.

الشكل (3)
الشكل (3). NP-الاتحاد الافريقي الصور SEM (الصف العلوي) والصور مجزأة المقابلة (الصف السفلي) التي يتم استخدامها لاستخراج متوسط ​​حجم الفراغ علىالثانية في المئة تغطية الفراغ. صورة SEM (أعلى اليمين) من عينة المشقوق NP-الاتحاد الافريقي يعرض بنية المسام متجانسة من خلال سماكة الفيلم. انقر هنا لعرض أكبر شخصية .

الشكل 4
الشكل 4. A F-الأكتين مركب (الخضراء) ونواة (الأزرق) صورة خلية الملون، والتي هي مجزأة لاستخراج التغطية خلية في المئة من قناة خضراء وعدد خلايا من فراغ.

الرقم 5
الشكل 5. صور من الاخفاقات نموذجي (أ) التبطينخلال dealloying بسبب طبقة لاصقة كافية من الكروم، و (ب) غياب المسامية بعد dealloying بسبب عدم كفاية محتوى الفضة في السبيكة؛ فيلم (ج) وتلبد كاملة من NP-الاتحاد الافريقي بسبب درجة الحرارة المعالجة الحرارية كونها مرتفعة للغاية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

علينا أن نظهر اثنين من التقنيات المختلفة لmicropattern الأفلام NP-الاتحاد الافريقي لتوسيع استخدام هذه الأفلام في مايكروسيستمز والدراسات البيولوجية. بصق طلاء الذهب والفضة هو الأسلوب تنوعا لخلق أنماط NP-الاتحاد الافريقي، كما الاخرق متوافق مع عمليات التصنيع الدقيق التقليدية وتكوين سبيكة وسمك يمكن السيطرة عليها بسهولة من خلال تغيير القوى بندقية الاخرق الفردية (لأهداف الذهب والفضة) و الوقت ترسب على التوالي. نموذجي فيلم NP-الاتحاد الافريقي سمك تتراوح من 200 نانومتر إلى 2 ميكرون. طريقة الاستنسل (أسلوب 1، الشكل 2A) باستخدام مشرط خزعة اللكمات ويسمح لخلق أنماط واسعة ملليمتر التحايل على ضرورة ضوئيه. يمكن أن تنتج أنماط أكثر تعقيدا من قبل قاطع ليزر للبرمجة. والمطاط الصناعي سيليكون متوافقة الاستنسل-تلتزم النفس على السطوح الزجاجية، وبالتالي منع ترسب المعادن تحت قناع وزيادة القرار النمط. ومع ذلك، أصغر وeatures (<1 مم) وعادة ما تكون صعبة لإنتاج مع هذا الأسلوب، حيث أن سمك الاستنسل يمنع ترسب المعادن موحدة من خلال الفتحات الموجودة في القناع. التطبيقات التي تتطلب دقة أعلى ميزة لا يمكن أن يتحقق مع الزخرفة الفوتوليتوغرافية (أسلوب 2، الشكل 2D). يمكن الحصول على أقنعة الشفافية لنقل أنماط عبر ضوئيه من العديد من الشركات (مثل الناتج المدينة، بندون، OR) وبدائل اقتصادية لأقنعة الكروم والزجاج عندما الادنى سمة الاحجام المطلوبة هي أكثر من ~ 20 ميكرون. ترسب المعادن على الاستنسل متوافقة يؤدي أحيانا إلى مفرزة من الاستنسل من الركيزة بسبب الإجهاد جيل غير موحدة. نحن عادة تخفيف من هذه المشكلة من خلال تأمين الاستنسل إلى الركيزة الأساسية باستخدام الشريط بوليميد عند الحواف.

عندما عينات أصغر، مثل coverslips على التعميم (12 مم القطر) التي تستخدم عادة في دراساتنا، قوارب الخزف هو مبين في (مثلا نظيفة، dealloy) عينات صغيرة متعددة. تجهيز دفعة من عينات يزيد من توحيد البنية النانوية المنتجة عبر عينات مختلفة. عينات صغيرة تميل إلى تعويم عندما تخبط في سمكة البيرانا أو dealloying الحلول، لأنها تصبح مسعور عند تخزينها في الهواء. قبل أي خطوة تتطلب عينات لتكون مغمورة في السائل والبلازما معاملتهم (10 W لمدة 30 ثانية) يجعل سطح الزجاج ماء، ويساعد على التخفيف من قضية العائمة. المشكلة الأكثر شيوعا في إنتاج NP-الاتحاد الافريقي الأفلام هو التبطين خلال الخطوة dealloying. وعادة ما يعزى ذلك إلى تراكم إجهاد الشد نظرا لحجم الانكماش خلال dealloying 21. من أجل منع التبطين، فمن المهم أن يكون التصاق قوي بين فيلم NP-الاتحاد الافريقي والركيزة. ويتحقق ذلك من خلال سميكة من الكروم بما فيه الكفاية (~ 150 نانومتر) وسيطة زطبقة القديمة (~ 200 نانومتر). يجب أن تظهر الأفلام أودعت الضوء إلى الرمادي الداكن عندما ينظر اليها من الجانب الخلفي من ركيزة شفافة. الفيلم مقشر المعروضة في الشكل 5A هو مثال جيد كيف المؤخر من الفيلم لا ينبغي أن تبدو وكأنها - الانتهاء من الذهب يشير إلى أن طبقة الكروم ليست سميكة بما فيه الكفاية لضمان التصاق قوي. سبب آخر لالتبطين هو نجس سطح العينة، وبالتالي فإنه من الضروري على الأسطح البيرانا نظيفة قبل ترسب المعادن. وبالإضافة إلى ذلك، فمن المهم للتأكد من أن مقاومة للضوء تماما في وضعها قبل إيداع الفيلم، لأن أي مقاومة للضوء المتبقية يمنع التصاق قوي من المعدن المودعة على سطح الزجاج.

المعالجة الحرارية للNP-الاتحاد الافريقي الأفلام هو وسيلة مريحة ويمكن السيطرة عليها لتعديل التشكل المسام (الشكل 3). في حين صك الصلب الحرارية السريع أمر مرغوب فيه للعلاج الحراري، أفران وسخانات تنتج أيضا نتائج مقبولة. Tانه جرعة الحرارية ودرجة الحرارة ينبغي رصدها بعناية، ودرجات حرارة عالية (> 500 ° C) قد يؤدي إلى استكمال تلبد من NP-الاتحاد الافريقي واختفاء المسامية (الشكل 5C). محتوى الفضة كافية في سبائك مودعة (فضية أقل من 60٪، في.٪) يمنع أيضا تشكيل المسامية (الشكل 5B).

من أجل إقامة مزارع الخلايا قابلة للحياة على NP-الاتحاد الافريقي الأسطح المطلية المذكورة آنفا، فمن المهم أن نقع العينات في المياه DI مع عدة تغييرات الماء لإزالة تماما بقايا حمض النيتريك من الشبكة التي يسهل اختراقها. في حين أنه لم يكن من الضروري معالجة الأسطح مع البروتينات المصفوفة خارج الخلية محددة (ECM) قبل البذر الخلايا، لاحظنا أن العلاج البلازما وتمرغ العينات في مستنبت الخلية قبل البذر الخلايا تحسين جذري التصاق الخلايا وقدرتها على البقاء. هذا التحسن هو على الأرجح بسبب الامتزاز غير محددة من البروتينات التصاق من المصل في اورباثقافة وسائل الإعلام ليرة لبنانية على سطح NP-الاتحاد الافريقي. للظروف ثقافة الخلية التي تتطلب المتوسطة المصل خالية، قد يكون من الضروري في مرحلة ما قبل علاج السطح NP-الاتحاد الافريقي مع جزيئات ECM (مثل فبرونيكتين).

لتحديد المسام / حجم الفراغ والتغطية، وكذلك عدد خلايا والخلية التغطية والصور تحتاج إلى تحويل إلى صور أبيض وأسود ثنائي (انظر الشكلين 3 و 4) - وكما هو معروف عملية تجزئة كما. وهذا يتطلب اختيار عتبة قيمة الرمادية التي هي عرضة للتحيز من قبل المستخدم. ولذلك، ينبغي الإبلاغ عن القيم المطلقة التي يحددها معالجة الصور بحذر. تتطلب معظم الدراسات المقارنة بين الأشكال التضاريسية مختلفة من الخلايا والبنية النانوية، وبالتالي، طالما يتم الاحتفاظ المعلمات التحليل (مثل عتبة، الجسيمات نافذة حجم) متناسقة عبر العينات، لا يمكن أن يتحقق دلالة إحصائية مع عدد صغير نسبيا من العينات. قبل تجزئة الصورة، بل هو أيضا مفيدةلضمان سلاسة الصور وطرح الخلفية باستخدام المدمج في الأوامر في ImageJ (أو إصدار أكثر تخصصا، فيجي). علينا أن نعدل المعلمات في الماكرو وشملت (Files الرمز التكميلي 1-3) لدفعة عملية صور متعددة.

ونحن نتوقع أن تقنيات أثبتت هنا سوف تساعد المجتمع العلمي في دمج NP-الاتحاد الافريقي الى مايكروسيستمز، بما في ذلك مصفوفات متعددة القطب للالكهربية، أجهزة الاستشعار، وأنظمة تخزين الطاقة مصغرة. وبالإضافة إلى ذلك، فإننا نعتقد أن أساليب معالجة الصور شبه الكمي سوف تكون ذات قيمة لمجموعة واسعة من الدراسات حول التفاعل بين المواد والخلايا الملتصقة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم مصلحة مالية متضاربة.

Acknowledgments

معتمدة O. كورتلوس وD. Dimlioglu من قبل مختبر أبحاث الرسوم جائزة برنامج جامعة كاليفورنيا 12-LR-237197. ويدعم P. Daggumati من قبل جامعة كاليفورنيا ديفيس استثمارات البحوث في العلوم والهندسة (RISE) جائزة. ويدعم CA تشابمان من قبل وزارة التربية والتعليم دراسات المناطق المساعدة من زمالة حاجة وطنية. وأيد هذا العمل من قبل جامعة كاليفورنيا في مختبر برنامج الرسوم البحوث، جامعة كاليفورنيا في ديفيس RISE، وجامعة كاليفورنيا في ديفيس كلية الهندسة أموال بدء التشغيل.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Gold target Lesker EJTAUXX403A2 Precursor to alloy for producing np-Au
Chrome target Lesker EJTCRXX353A2 Adhesive layer
Silver target Lesker EJTAGXX403A2 Precursor to alloy for producing np-Au
Porcelain boat Thomas Scientific 8542E40 Used for processing small samples
Nitric acid Sigma-Aldrich 43873 Used at 70% for dealloying
Sulfuric acid J.T Baker 7664-93-9 Used at 96% for piranha cleaning
Hydrogen peroxide J.T Baker 7722-84-1 Used at 30% for piranha cleaning
Biopsy punches Ted Pella 150xx Available in several sizes
Silicone elastomer sheets Rogers Corporation HT 6240 Available in several thicknesses
Hexamethyldisilazane Sigma-Aldrich 440191-100ML Used as adhesion promoter for positive resist
Microposit MF CD26 Shipley 38490 Positive photoresist developer
PRS 3000 J.T Baker JT6403-5 Positive photoresist stripper
Circular glass coverslips (12 mm) Ted Pella 26023 Used as substrate for metal patterns and cell culture
Glass slides (1 x 3 inch) Ted Pella 26007 Used as substrate for metal patterns
Kapton polyimide tape VWR 82030-950 Used for securing elastomer
Transparency masks Output City Used in photolithography http://www.outputcity.com/
Plasma cleaner Harrick Plasma PDC-32G Used for activating glass surfaces
Sputtering machine Kurt J. Lesker LAB18 Used for depositing metals

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Arico, A. S., Bruce, P., Scrosati, B., Tarascon, J. M., Van Schalkwijk, W. Nanostructured materials for advanced energy conversion and storage devices. Nature Materials. 4, 366-377 (2005).
  2. Roy, S., Gao, Z. Nanostructure-based electrical biosensors. Nano Today. 4, 318-334 (2009).
  3. Chen, C. L., et al. DNA-decorated carbon-nanotube-based chemical sensors on complementary metal oxide semiconductor circuitry. Nanotechnology. 21, 095504 (2010).
  4. Lu, J., Rao, M. P., MacDonald, N. C., Khang, D., Webster, T. J. Improved endothelial cell adhesion and proliferation on patterned titanium surfaces with rationally designed, micrometer to nanometer features. Acta Biomaterialia. 4, 192-201 (2008).
  5. Wagner, V., Dullaart, A., Bock, A. K., Zweck, A. The emerging nanomedicine landscape. Nat. Biotechnol. 24, 1211-1218 (2006).
  6. Weissmüller, J., Newman, R., Jin, H., Hodge, A., Kysar, J. Theme Article - Nanoporous Metals by Alloy Corrosion: Formation and Mechanical Properties. Materials Research Society Bulletin. 34, 577-586 (2009).
  7. Erlebacher, J., Aziz, M., Karma, A., Dimitrov, N., Sieradzki, K. Evolution of nanoporosity in dealloying. Nature. 410, 450-453 (2001).
  8. Okman, O., Lee, D., Kysar, J. W. Fabrication of crack-free nanoporous gold blanket thin films by potentiostatic dealloying. Scripta Mater. 63, 1005-1008 (2010).
  9. Seker, E., Reed, M., Begley, M. Nanoporous Gold: Fabrication, Characterization, and Applications. Materials. 2, 2188-2215 (2009).
  10. Biener, J., et al. Size effects on the mechanical behavior of nanoporous Au. Nano Lett. 6, 2379-2382 (2006).
  11. Senior, N., Newman, R. Synthesis of tough nanoporous metals by controlled electrolytic dealloying. Nanotechnology. 17, 2311-2316 (2006).
  12. Zielasek, V., et al. Gold catalysts: Nanoporous gold foams. Angew. Chem. Int. Ed. 45, 8241-8244 (2006).
  13. Wittstock, A., Biener, J., Bäumer, M. Nanoporous gold: a new material for catalytic and sensor applications. PCCP. 12, 12919-12930 (2010).
  14. Shulga, O., et al. Preparation and characterization of porous gold and its application as a platform for immobilization of acetylcholine esterase. Chem. Mater. 19, 3902 (2007).
  15. Shulga, O., Zhou, D., Demchenko, A., Stine, K. Detection of free prostate specific antigen (fPSA) on a nanoporous gold platform. The Analyst. 133, 319-322 (2008).
  16. Seker, E., et al. The fabrication of low-impedance nanoporous gold multiple-electrode arrays for neural electrophysiology studies. Nanotechnology. 21, 125504 (2010).
  17. Seker, E., Berdichevsky, Y., Staley, K. J., Yarmush, M. L. Microfabrication-Compatible Nanoporous Gold Foams as Biomaterials for Drug Delivery. Advanced Healthcare Materials. 1, 172-176 (2012).
  18. Okman, O., Kysar, J. W. Microfabrication of Nanoporous Gold. Nanoporous Gold: From an Ancient Technology to a High-Tech Material. 22, 69 (2012).
  19. Lee, D., et al. Microfabrication and mechanical properties of nanoporous gold at the nanoscale. Scripta Mater. 56, 437-440 (2007).
  20. Seker, E., et al. The effects of post-fabrication annealing on the mechanical properties of freestanding nanoporous gold structures. Acta Mater. 55, 4593-4602 (2007).
  21. Parida, S., et al. Volume change during the formation of nanoporous gold by dealloying. Phys. Rev. Lett. 97, 35504-35506 (2006).

Tags

الهندسة الحيوية، العدد 77، علم الأحياء الخلوية والبيولوجيا الجزيئية والفيزياء الحيوية، الفيزياء، تقنية النانو، النانو، التكنولوجيا الطبية الحيوية، والتصغير، الذهب، وتلطيخ ووضع العلامات، وتقنيات زراعة الخلايا، المجهر، المجهر الإلكتروني، الإسفار، تقنية النانو، الأغشية الرقيقة (نظرية، وترسب النمو)، والذهب نانوية مسامية، ثقافة الخلية، وتحليل الصور، التصنيع الدقيق، وتكنولوجيا النانو، كيمياء مناعية الكمي، المجهر الإلكتروني، مضان المجهري، والطباعة الاستنسل، ضوئيه
التصنيع الدقيق لأنماط ذهب نانوية مسامية للدراسات التفاعل الخلوي المواد
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Daggumati, P., Kurtulus, O.,… More

Daggumati, P., Kurtulus, O., Chapman, C. A. R., Dimlioglu, D., Seker, E. Microfabrication of Nanoporous Gold Patterns for Cell-material Interaction Studies. J. Vis. Exp. (77), e50678, doi:10.3791/50678 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter