Microfabrication de Patterns d'or nanoporeux d'études sur l'interaction cellule-matériau

Summary

Nous rapportons sur les techniques à micromotif nanoporeux films minces d'or via l'impression par stencil et la photolithographie, ainsi que des méthodes pour cultiver des cellules sur les modèles micro-usinés. En outre, nous décrivons des méthodes d'analyse d'images pour caractériser la morphologie du matériau et des cellules cultivées à l'aide électronique à balayage et les techniques de microscopie à fluorescence.

Abstract

Les matériaux nanostructurés avec des tailles de fond dans des dizaines de nanomètres ont amélioré la performance de plusieurs technologies, y compris les piles à combustible, les biocapteurs, les revêtements d'appareils biomédicaux et les outils d'administration de médicaments. Or nanoporeux (np-Au), produite par un processus d'auto-assemblage de nano-échelle, est un matériau relativement nouveau qui présente une grande surface effective, une conductivité électrique élevée, et l'activité catalytique. Ces propriétés ont fait np-Au un matériau intéressant pour la communauté scientifique. La plupart des études sur np-Au emploient spécimens macro-échelle et de se concentrer sur la science fondamentale de la matière et ses applications catalytiques et le capteur. Les spécimens macro-échelle limitent le potentiel de np-Au dans les systèmes miniaturisés, y compris les appareils biomédicaux. Afin de répondre à ces questions, nous décrivons d'abord deux méthodes différentes pour micromotif np-Au couches minces sur des substrats rigides. La première méthode utilise des masques pochoir produits manuellement pour créer l'échelle millimétrique np-Au modèles, tout en recueillante la seconde méthode utilise lift-off photolithographie pour motif motifs sub-millimétrique échelle. Comme les films minces np-Au sont obtenus par un procédé de pulvérisation-dépôt, ils sont compatibles avec les techniques de microfabrication conventionnelles, ce qui se prêtent à l'intégration facile dans des microsystèmes. Ces systèmes comprennent électriquement adressables plateformes de biocapteurs qui bénéficient d'une grande zone efficace de la surface, la conductivité électrique, et bioconjugaison de surface à base de thiol-or. Nous décrivons la culture cellulaire, immunologique, et des techniques de traitement d'images pour quantifier l'interaction np-Au avec des cellules de mammifères, ce qui est un paramètre important de la performance pour certains biocapteurs. Nous nous attendons à ce que les techniques illustrées ici vont faciliter l'intégration des np-Au dans les plates-formes à différentes échelles de longueur et dans de nombreuses applications, y compris des biocapteurs, des systèmes de stockage d'énergie, et des catalyseurs.

Introduction

<p class="jove_content"> Matériaux avec des fonctionnalités nano-échelle ont montré des résultats prometteurs dans l'amélioration de diverses applications, y compris les piles à combustible¹ Capteurs,^2,3 Et dispositifs biomédicaux^4,5. Un nouveau matériau est relativement or nanoporeux (np-Au), qui est produite par un procédé d'auto-assemblage à l'échelle nanométrique. Le précurseur de np-Au est un alliage d'or qui se compose le plus souvent de l'argent de 60% à 80% en pourcentage atomique. En bref, la nanostructure à pores ouverts caractéristique est le résultat d'un réarrangement d'atomes d'or dans les amas comme l'argent est dissous par un acide fort (<em> Par exemple</em> Acide nitrique à 70%) ou en vertu d'un potentiel électrochimique^6-8. Np-Au bénéficie de plusieurs attributs souhaitables, y compris une grande surface efficace et de haute conductivité électrique, les techniques de fonctionnalisation surface bien établies, et la biocompatibilité⁹. Même si il ya eu une expansion rapide des études sur np-Au, la plupart d'entre eux se concentrer sur les propriétés mécaniques de np-Au^10,11, L'activité catalytique¹², Et biomoléculaire performances de détection^13-15. Bien que les caractéristiques souhaitables sont très utiles pour plusieurs outils biomédicaux^16,17 Les applications dans ce domaine ont été limitées. Une raison possible à cela est que la plupart des études ont principalement utilisé des spécimens macro-échelle (<em> Par exemple</em> Feuilles, feuilles, et lingots) et les techniques d'incorporation np-Au dans les systèmes miniaturisés sont restés insuffisants. En fait, il ya seulement une poignée d'exemples de l'utilisation de techniques de microfabrication conventionnelles qui emploient np-Au cinéma^16-20. Avec l'avènement de la technologie de la miniaturisation et le besoin de nouveaux outils biomédicaux, il est devenu essentiel d'être en mesure d'intégrer de nouveaux matériaux dans des dispositifs. Cela nécessite généralement que les matériaux peuvent être déposés et modelé avec des techniques de microfabrication conventionnelles. En outre, la quantification rapide des interactions cellule-matériau est généralement nécessaire d'évaluer la biocompatibilité d'un nouveau matériau. Le but de ce papier est de démontrer les techniques de base pour micromotif np-Au films et de quantifier à la fois nanostructure et les interactions cellule-matériau par traitement d'image numérique.</p

Protocol

1. Nanoporeux Fabrication d'or Substrats propres dans une solution Piranha Ajouter 25 ml de peroxyde d'hydrogène (30%) à 100 ml d'acide sulfurique (96%) dans une boite de Pétri et porter le mélange à 65 ° C sur une plaque chauffante. ATTENTION: Les liquides sont extrêmement corrosifs et doivent être manipulés avec soin. La solution passé ne devrait pas être conservé dans un récipient hermétique, elle pourrait exploser. La place de 1 pouce par des lames de microscop…

Representative Results

La figure 1 présente les principales étapes de la procédure, y compris la création des modèles np-Au, la culture de cellules, la quantification de la nanostructure, et la caractérisation des morphologies cellulaires. Le pochoir en élastomère montre la figure 2a (en haut) est utilisé pour créer les modèles np-Au représentés dans les images en dessous. Figure 2b est une photographie du bateau de la porcelaine pour les spécimens de traitement par lots. <stron…

Discussion

Nous démontrons deux techniques différentes pour micromotif np-Au films pour étendre l'utilisation de ces films dans des microsystèmes et des études biologiques. Or pulvérisation cathodique et de l'argent est une méthode polyvalente pour créer np-Au modèles, comme la pulvérisation est compatible avec les procédés de microfabrication conventionnelles et la composition de l'alliage et l'épaisseur peut être facilement contrôlée en faisant varier les pouvoirs d'armes à feu de pulvérisat…

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