Microfabricage van Nanoporeuze Gold Patronen voor Cell-materiaal Interaction Studies

Summary

Wij rapporteren over technieken micropattern nanoporeuze gouden dunne films via stencilafdruk en fotolithografie, alsook werkwijzen cultuur brengen van cellen op microschaal vervaardigde patronen. Verder beschrijven we beeld analysemethoden morfologie van het materiaal en de gekweekte cellen met behulp van scanning elektronenmicroscopie en fluorescentie microscopie technieken karakteriseren.

Abstract

Nanostructuurmaterialen met functie maten in tientallen nanometers hebben versterkt de prestaties van verschillende technologieën, zoals brandstofcellen, biosensoren, biomedische apparaat coatings en drug delivery gereedschappen. Nanoporeuze goud (np-Au), geproduceerd door een nano-schaal zelf-assemblage proces, is een relatief nieuw materiaal dat grote effectieve oppervlak, hoge elektrische geleidbaarheid en katalytische activiteit vertoont. Deze eigenschappen hebben np-Au maakte een aantrekkelijk materiaal om wetenschappelijke gemeenschap. De meeste studies over np-Au dienst macro-schaal monsters en zich richten op de fundamentele wetenschap van de stof en de katalytische en sensor toepassingen. De macro-schaal exemplaren beperken potentiële np-Au in geminiaturiseerde systemen, waaronder biomedische apparaten. Om deze problemen aan te pakken, hebben we in eerste instantie beschrijven twee verschillende methoden om micropattern np-Au dunne films op harde ondergronden. De eerste methode maakt gebruik van handmatig geproduceerd stencil maskers voor het creëren van millimeter-schaal np-Au patronen, while de tweede methode maakt gebruik van lift-off fotolithografie op patroon sub-millimeter-schaal patronen. Als np-Au dunne films verkregen door sputter-afzetting verenigbaar zijn met conventionele microfabricage technieken, waardoor vatbaar voor gemakkelijke integratie in microsystemen. Deze systemen omvatten elektrisch-adresseerbare biosensor platformen die profiteren van de hoge effectieve oppervlak, elektrische geleidbaarheid, en goud-thiol-gebaseerde oppervlak bioconjugatie. We beschrijven celkweek, immunokleuring en beeldverwerkingstechnieken te np-Au van interactie met zoogdiercellen, wat een belangrijke parameter prestaties van sommige biosensoren kwantificeren. We verwachten dat de hier getoonde technieken integratie van np-Au zal helpen platforms op verschillende lengteschalen en in talrijke toepassingen, zoals biosensoren, opslagsystemen en katalysatoren.

Introduction

<p class="jove_content"> Materialen met nano-schaal functies hebben aangetoond belofte in het verbeteren van diverse toepassingen, zoals brandstofcellen¹, Sensors^2,3 En biomedische apparaten^4,5. Een relatief nieuw materiaal nanoporeuze gold (np-Au), die wordt geproduceerd door een nano-schaal zelfassemblage proces. De voorloper van np-Au is een gouden legering die meestal bestaat uit zilver op 60% tot 80% door atomaire percentage. Kort, de karakteristieke open poriën nanostructuur is het resultaat van herschikking van goudatomen clusters als zilver wordt opgelost door een sterk zuur (<em> Bv</em> Salpeterzuur 70%) of op grond van een elektrochemische potentiaal^6-8. Np-Au profiteert van verschillende wenselijke eigenschappen, waaronder grote effectieve oppervlak, hoge elektrische geleidbaarheid, gevestigde oppervlak functionalisering technieken, en biocompatibiliteit⁹. Ook al is er sprake van een snelle uitbreiding van de studies over np-Au, de meeste van hen richten zich op de mechanische eigenschappen np-Au's^10,11, Katalytische activiteit¹² En biomoleculaire sensing prestaties^13-15. Terwijl de wenselijke eigenschappen zijn zeer nuttig voor verschillende biomedische hulpmiddelen^16,17, Zijn de toepassingen op dit gebied beperkt gebleven. Een mogelijke reden hiervoor is dat de meeste studies hebben hoofdzakelijk gebruikt macroschaal specimens (<em> Bv</em> Vellen, folies, en blokken) en de technieken voor het opnemen van np-Au in geminiaturiseerde systemen zijn gebleven ontoereikend. In feite zijn er slechts een handvol voorbeelden van het gebruik van conventionele microfabricage technieken die np-Au films in dienst^16-20. Met de komst van miniaturisatie technologie en de noodzaak van nieuwe biomedische tools, is het van cruciaal belang om te kunnen integreren in nieuwe materialen apparaten. Dit vereist gewoonlijk dat de materialen kunnen worden gedeponeerd en met conventionele microfabricage technieken patroon. Bovendien, snelle kwantificering van celmateriaal interacties is vaak noodzakelijk om de biocompatibiliteit van een nieuw materiaal te evalueren. Het doel van deze paper is om de basistechnieken te tonen aan micropattern np-Au films en kwantificeren zowel nanostructuur en cel-materiaal interacties via digitale beeldverwerking.</p

Protocol

1. Nanoporeuze Gold Fabrication Clean substraten in Piranha oplossing Voeg 25 ml waterstofperoxide (30%) en 100 ml zwavelzuur (96%) in een kristallisatie-schaal en verwarm het mengsel tot 65 ° C op een kookplaat. LET OP: De vloeistoffen zijn extreem corrosief en moet met zorg worden behandeld. De verbruikte oplossing mag niet worden opgeslagen in een verzegelde container, aangezien deze kan exploderen. Plaats 1-inch met 3 inch microscoop dia's in het mengsel met behulp van zuurbestendi…

Representative Results

Figuur 1 schetst de belangrijkste procedurele stappen, waaronder het creëren van de np-Au patronen, het kweken van cellen, het kwantificeren van de nanostructuur, en karakteriseren celmorfologieën. Het elastomeer stencil figuur 2a (geplaatst) wordt gebruikt voor het maken van np-Au patronen in de beelden hieronder. Figuur 2b is een foto van het porselein boot batch processing specimens. Figuur 2c toont de kleurverandering van het afgezette metaal patr…

Discussion

We laten twee verschillende technieken om micropattern np-Au films voor het uitbreiden van het gebruik van deze films in microsystemen en biologische studies. Sputter-coating goud en zilver is een veelzijdige methode voor np-Au patronen, zoals sputteren is compatibel met conventionele microfabricage processen en de legering samenstelling en dikte kan gemakkelijk worden geregeld door de afzonderlijke sputteren gun bevoegdheden (voor goud en zilver targets) en respectievelijk de afzetting tijd. Typische np-Au laagdikte be…

Materials

Name of Reagent/Material	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