Summary

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

Published: July 15, 2013
doi:

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 combustible<sup> 1</sup> Capteurs,<sup> 2,3</sup> Et dispositifs biomédicaux<sup> 4,5</sup>. 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<sup> 6-8</sup>. 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 biocompatibilité<sup> 9</sup>. 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<sup> 10,11</sup>, L'activité catalytique<sup> 12</sup>, Et biomoléculaire performances de détection<sup> 13-15</sup>. Bien que les caractéristiques souhaitables sont très utiles pour plusieurs outils biomédicaux<sup> 16,17</sup> 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<sup> 16-20</sup>. 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…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

O. Kurtulus et D. Dimlioglu sont pris en charge par un laboratoire Frais de recherche Award Program Université de Californie 12-LR-237197. P. Daggumati est soutenu par l'Université de Californie à Davis investissements dans la recherche en sciences et ingénierie Award (RISE). CA Chapman est soutenu par un ministère de l'Éducation zones d'assistance supérieures de Besoin Bourse Nationale. Ce travail a été soutenu par UC Lab Honoraires Programme de recherche, UC Davis RISE et UC Davis College de fonds ingénierie start-up.

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

References

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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).

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