Summary

सेल सामग्री बातचीत के अध्ययन के लिए Nanoporous गोल्ड पैटर्न के microfabrication

Published: July 15, 2013
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Summary

हम स्टैंसिल मुद्रण और फोटोलिथोग्राफी, साथ ही microfabricated पैटर्न पर संस्कृति कोशिकाओं के तरीकों के माध्यम से micropattern nanoporous सोने की पतली फिल्मों को तकनीक पर रिपोर्ट. इसके अलावा, हम सामग्री और स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन और प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी तकनीक का उपयोग कर संवर्धित कोशिकाओं की आकारिकी को चिह्नित करने के लिए छवि विश्लेषण विधियों का वर्णन.

Abstract

नैनोमीटर के दसियों में सुविधा के आकार के साथ nanostructured सामग्री ईंधन कोशिकाओं, biosensors, जैव चिकित्सा उपकरण कोटिंग्स, और दवा वितरण उपकरणों सहित कई प्रौद्योगिकियों के प्रदर्शन में वृद्धि की है. एक नैनो पैमाने पर आत्म विधानसभा की प्रक्रिया द्वारा उत्पादित nanoporous सोना (एनपी-Au), बड़े प्रभावी सतह क्षेत्र, उच्च विद्युत चालकता, और उत्प्रेरक गतिविधि दर्शाती है कि एक अपेक्षाकृत नई सामग्री है. इन गुणों एनपी-Au वैज्ञानिक समुदाय के लिए एक आकर्षक सामग्री बना दिया है. एनपी-एयू पर सबसे अध्ययन वृहद पैमाने पर नमूनों को रोजगार और सामग्री और इसके उत्प्रेरक और सेंसर अनुप्रयोगों के मौलिक विज्ञान पर ध्यान केंद्रित. वृहद पैमाने पर नमूनों जैव चिकित्सा उपकरणों सहित छोटी प्रणालियों, में एनपी-एयू की क्षमता की सीमा. इन मुद्दों का समाधान करने के लिए, हम शुरू में कठोर substrates पर micropattern एनपी-Au पतली फिल्मों के लिए दो अलग अलग तरीकों का वर्णन है. पहली विधि, whil मिलीमीटर पैमाने एनपी-Au के पैटर्न बनाने के लिए मैन्युअल रूप से उत्पादित स्टैंसिल मास्क को रोजगारई दूसरी विधि पैटर्न उप मिलीमीटर पैमाने पैटर्न के लिए लिफ्ट बंद फोटोलिथोग्राफी का उपयोग करता है. एनपी-Au पतली फिल्मों धूम-जमाव प्रक्रिया द्वारा प्राप्त कर रहे हैं, वे माइक्रोसिस्टम्स में सरल एकीकरण के लिए इस तरह उत्तरदायी पारंपरिक तकनीक microfabrication, के साथ संगत कर रहे हैं. इन पद्धतियों उच्च प्रभावी सतह क्षेत्र, विद्युत चालकता, और सोने thiol आधारित सतह bioconjugation से लाभ है कि विद्युत पता biosensor प्लेटफार्मों शामिल हैं. हम कुछ biosensors के लिए एक महत्वपूर्ण प्रदर्शन पैरामीटर है जो स्तनधारी कोशिकाओं के साथ एनपी-एयू की बातचीत यों के लिए सेल संस्कृति, immunostaining, और छवि प्रसंस्करण तकनीकों का वर्णन है. हम यहाँ सचित्र तकनीक विभिन्न लंबाई तराजू और biosensors, ऊर्जा भंडारण प्रणालियों, और उत्प्रेरक सहित कई अनुप्रयोगों, प्लेटफार्मों में एनपी-Au के एकीकरण की सहायता करेंगे कि उम्मीद है.

Introduction

<p class="jove_content"नैनो पैमाने पर सुविधाओं के साथ> सामग्री ईंधन कोशिकाओं सहित विभिन्न अनुप्रयोगों, बढ़ाने में वादा दिखाया है<sup> 1</sup> सेंसर<sup> 2,3</sup>, और जैव चिकित्सा उपकरणों<sup> 4,5</sup>. एक अपेक्षाकृत नई सामग्री एक नैनो पैमाने पर आत्म विधानसभा की प्रक्रिया द्वारा निर्मित है जो nanoporous सोना (एनपी-Au) है. एनपी-Au को अग्रदूत सबसे अधिक परमाणु प्रतिशत के आधार पर 60% से 80% पर चांदी के होते हैं कि एक सोने की मिश्र धातु है. संक्षेप में, विशेषता खुला ताकना nanostructure चांदी एक मजबूत एसिड द्वारा भंग कर रहा है के रूप में समूहों में सोने के परमाणुओं के पुनर्निर्माण का परिणाम है (<em> उदाहरण</em> नाइट्रिक एसिड 70%) या एक विद्युत क्षमता के नीचे<sup> 6-8</sup>. बड़े प्रभावी सतह क्षेत्र सहित कई वांछनीय गुण, उच्च विद्युत चालकता, अच्छी तरह से स्थापित सतह functionalization तकनीक, और biocompatibility से एनपी एयू लाभ<sup> 9</sup>. एनपी-एयू पर पढ़ाई का तेजी से विस्तार, एनपी-एयू के यांत्रिक गुणों पर ध्यान केंद्रित उनमें से ज्यादातर की गई है हालांकि<sup> 10,11</sup>, उत्प्रेरक गतिविधि<sup> 12</sup>, और biomolecular संवेदन प्रदर्शन<sup> 13-15</sup>. वांछनीय गुण कई जैव चिकित्सा उपकरणों के लिए अत्यधिक उपयोगी हैं जबकि<sup> 16,17</sup>, इस क्षेत्र में आवेदन सीमित किया गया है. इसका एक संभावित कारण यह है कि सबसे अधिक अध्ययन मुख्य रूप से वृहद पैमाने पर नमूनों का इस्तेमाल किया है (<em> उदाहरण</em> चादरें, foils, और सिल्लियां) और छोटी प्रणालियों में एनपी-Au में शामिल करने के लिए तकनीक अपर्याप्त बनी है. वास्तव में एनपी-Au फिल्मों को रोजगार कि पारंपरिक तकनीक microfabrication उपयोग करने के उदाहरण के केवल एक मुट्ठी भर रहे हैं<sup> 16-20</sup>. Miniaturization की प्रौद्योगिकी और उपन्यास जैव चिकित्सा उपकरणों की जरूरत के आगमन के साथ, यह उपकरणों में नई सामग्री को एकीकृत करने में सक्षम होने के लिए महत्वपूर्ण बन गया है. यह आमतौर पर सामग्री जमा और पारंपरिक तकनीक microfabrication के साथ किया जा सकता नमूनों की आवश्यकता है. इसके अलावा, सेल सामग्री बातचीत का तेजी मात्रा का ठहराव एक नई सामग्री के biocompatibility मूल्यांकन करने के लिए सामान्य रूप से आवश्यक है. इस अखबार का लक्ष्य micropattern एनपी-Au फिल्मों के लिए बुनियादी तकनीकों का प्रदर्शन और nanostructure और डिजिटल इमेज प्रोसेसिंग के माध्यम से सेल सामग्री बातचीत दोनों यों के लिए है.</p

Protocol

1. Nanoporous गोल्ड निर्माण पिरान्हा समाधान में स्वच्छ substrates के एक क्रिस्टलीकरण पकवान और गर्मी डिग्री सेल्सियस एक hotplate पर 65 से मिश्रण में 100 मिलीलीटर सल्फ्यूरिक एसिड (96%) के लिए 25 मिलीलीटर हाइड्रोजन पेरोक्स…

Representative Results

चित्रा 1, संवर्धन कोशिकाओं एनपी-Au पैटर्न बनाने nanostructure बढ़ाता है, और सेल morphologies निस्र्पक सहित प्रमुख प्रक्रियात्मक कदम की रूपरेखा. चित्रा 2 में दिखाया इलास्टोमेर स्टैंसिल (ऊपर) के नीचे चित्र में…

Discussion

हम माइक्रोसिस्टम्स और जैविक अध्ययन में इन फिल्मों के उपयोग के विस्तार के लिए micropattern एनपी-Au फिल्मों के लिए दो विभिन्न तकनीकों का प्रदर्शन. धूम कोटिंग सोने और चांदी sputtering के पारंपरिक प्रक्रियाओं microfabrication और म?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

ओ Kurtulus और डी. Dimlioglu एक कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के प्रयोगशाला शुल्क रिसर्च प्रोग्राम पुरस्कार 12 एलआर-237197 द्वारा समर्थित हैं. पी. Daggumati विज्ञान एवं इंजीनियरिंग (वृद्धि) पुरस्कार में कैलिफोर्निया डेविस रिसर्च निवेश के एक विश्वविद्यालय द्वारा समर्थित है. सीए फेरीवाला राष्ट्रीय आवश्यकता फैलोशिप की शिक्षा ग्रेजुएट सहायता क्षेत्रों के एक विभाग के द्वारा समर्थित है. इस काम यूसी लैब शुल्क रिसर्च प्रोग्राम, यूसी डेविस वृद्धि, और इंजीनियरिंग शुरू हुआ धन की यूसी डेविस कॉलेज द्वारा समर्थित किया गया था.

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

  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).

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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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