이 프로토콜은 그런가 2 세포 패터닝 미세 호환 방법을 설명합니다. 미리 정의 된 파릴 렌-C 디자인은 포토 리소그래피의 SiO2 웨이퍼에 인쇄되어 있습니다. 혈청 (또는 다른 정품 인증 솔루션)와 함께 배양 한 다음 세포에 특이 적으로 부착 (과의 적합성에 따라 성장) 그런가 2 지역으로 격퇴하는 동안 기본 파릴 렌-C.
셀 패터닝 플랫폼은 미리 정의 된 체외 신경 네트워크의 건설 및 세포 생리학의 특정 중앙 측면의 탐사 등 다양한 연구 목표를 지원합니다. 쉽게 다중 전극 배열 (MEAs의)와 세포 패턴을 결합하는 기술과 실리콘 기반의 '칩 연구소'가, 미세 호환 프로토콜이 필요합니다. 우리는 그런가 2 웨이퍼 폴리머 파릴 렌-C의 증착을 활용하는 방법을 설명합니다. 포토 리소그래피는 미크론 수준의 해상도 파릴 렌-C의 정확하고 신뢰할 수있는 패터닝을 가능하게합니다. 소 태아 혈청 (또는 다른 특정 활성 용액) 배양 된 세포에 부착하거나, 각각 파릴 렌 또는 SiO2로 영역에 의해 격퇴 된 기판 결과 침지 의하여 0098. 이 기술은 기본 쥐의 해마 세포, HEK 293 세포주, 인간의 신경 세포와 같은 teratocarcinoma 등의 세포 유형 (의 넓은 범위의 패터닝을 허용했다세포주, 일차 뮤린 소뇌 과립 세포 및 일차 인간 신경 교종 – 유래 줄기 세포와 같은). 그러나, 흥미롭게도, 플랫폼은 보편적 아니며 셀 고유 부착 분자의 중요성을 반영. 이 세포의 패터닝 공정은 믿을 수있는, 비용 대비 효과가 있으며, 중요한 것은 마이크로 전자 기술의 통합을위한 방법을 포장, 표준 미세에 (칩 제조) 프로토콜을 통합 할 수 있습니다.
합성 물질에 대한 세포 부착 및 패턴을 지시 메커니즘을 이해하는 것은 이러한 조직 공학, 약물 발견 및 바이오 센서 1-3의 제조와 같은 어플리케이션에 중요합니다. 많은 기술을 사용할 수 및 진화, 세포 접착에 영향을 미치는 수많은 생물 화학적 및 물리적 인자의 각 복용 장점.
여기서는 처음에 마이크로 제조 목적을 위해 개발 프로세스를 이용하는 휴대 패터닝 기술을 설명한다. 따라서,이 플랫폼은 패터닝 플랫폼으로, 같은 다자간 환경 등의 마이크로 전자 기술의 다운 스트림 통합을 가능하게하기 위해 잘 배치됩니다.
세포막과 인접한 물질 사이의 인터페이스는 양방향하고 복잡하다. 생체 내에서, 세포 외 기질 단백질의 구조와 강도 및 세포 부착 수용체와의 상호 작용을 통해 세포 행동에 따라 영향을 제공한다. V에 마찬가지로 세포물리 화학적 영향도 접착력을 조절하는 동안 나이트로 단백질 4의 흡수 층을 통해 합성 기판과 상호 작용합니다. 예를 들어, 중합체 표면은 아세트산 또는 수산화 5로 처리함으로써 이온, 자외선 조사, 또는 에칭에 의해 (친수성) 기타 "습윤성"렌더링 할 수있다. 세포 패터닝 설립 방법은 이들과 다른 세포 부착 매개체의 활용. 예를 들면 6 인쇄, 잉크젯, 미세 접촉 7 스탬핑, 물리적 고정 8, 미세 유체 9, 실시간 조작 (10), 및 선택적 분자 조립 패턴 (SMAP) 11 (가) 있습니다. 각각의 특정 장점과 제한 사항이 있습니다. 우리의 작업의 핵심 드라이버는, 그러나, 미세 전자 기계 시스템 (MEMS)과 세포 패턴을 통합하는 것입니다.
MEMS는 전기로 구동되는 매우 작은 기계 장치를 참조하십시오. 이 나노 상응 nanoelectromech과 중복anical 시스템. 이 개념은 반도체 전략이 마이크로에서 자리를 차지할 제조를 사용하는 경우에만 실제되었다. 반도체 전자에 대해 독자적으로 개발 한 미세 가공 기술은 실수로 예를 들면, 세포의 전기 생리학 등의 다른 용도로 유용한 것으로 밝혀졌다. 핵심 목표는 하류 (바이오 MEMS 디바이스의 형성) 고 충실도 셀 패터닝 공정과 같은 마이크로 전자 기술을 결합하는 것이다. 여러 기존과 달리 안정적이고 실용적인 세포 패터닝 기술은이 아이디어와 호환되지 않습니다. 예를 들어, 임베디드 마이크로 일렉트로닉스 나 바이오 센서의 정확한 정렬은 그들의 효능에 기초하지만, 이러한 마이크로 콘택트 스탬핑 기술을 사용하여 달성하기 매우 어렵다.
이 문제를 회피하기 위해, 우리는 포토 리소그래피 인쇄 파릴 렌-C를 사용하는 그런가 2 기반 패턴 플랫폼에 노력하고 있습니다. 포토 리소그래피에서 기하학적 기능의 이전을 포함한다UV 조명을 통해 기판에 마스크. 마스크는 적절한 컴퓨터 지원 설계 프로그램을 이용하여 디자인된다. 유리판 위에, 불투명 크롬의 얇은 층을 원하는 형상 패턴 (1-2 ㎜의 피쳐 해상도가 가능하다)를 나타낸다. 패터닝되는 기판은 포토 레지스트의 박층 (UV 구분 중합체)로 피복된다. 코팅 된 중합체는 다음과 정렬 마스크에 밀착된다. UV 소스는 보호되지 않은 구역이 조사되도록 도포하고 뒤 따라서, 마스크 패턴의 파릴 렌-C 표현을 떠나, 다음 현상 공정에 가용성 및 탈착되어있다. 이 프로세스는 반도체 장치의 개발시에 유래. 이와 같이, 실리콘 웨이퍼를 기판으로서 자주 사용된다. 그런가 2 파릴 렌-C의 포토 리소그래피 증착 따라서 정기적으로 마이크로 전자 클린 룸 시설에서 발생하는 간단하고 신뢰할 수있는 과정입니다.
파릴 렌은이 동안여러 가지 바람직한 생체 공학 특성 (화학적으로 비활성, 비 생분해 성), 셀 패턴에서의 직접 사용을 제한하는 요인은 극도의 소수성에 부분적으로 기인은 본질적으로 가난한 세포 접착이다. 그럼에도 불구하고, 파릴 렌-C는 이전에 껍질 멀리 휴대 템플릿 (12, 13) 예를 들어, 세포 패터닝 간접적으로 사용되어왔다. 이 방법은별로 해상도에 의해 제한하고 여러 단계가 필요합니다. 여기에 설명 된 프로세스는 그 대신 파릴 렌-C 영역 바인딩 소수성 혈청 단백질의 감소의 결합을 통해 세포 접착되어 있도록, 혈청 인큐베이션 산 에칭 공정을 이용한다.
최종 결과는 생물학적 활성화 한 후, 각각의 사이토 접착 또는 사이토 – 반발 특성을 나타내 그래서 효과적인 세포 패터닝 플랫폼을 나타내며, 두 개의 서로 다른 기판으로 구성된 구조입니다. 중요한 생물학적 AG를 도입 할 필요가 없다(그들이 태아 혈청 또는 다른 활성 용액을 사용하여 활성화된다 그러자) 행군 클린 설비로 패터닝 된 기판을 사용하기 이전에 무기한으로 저장 될 수있다.
제조 프로세스가 너무 밀접하게 마이크로 전자 제조에 사용되는 거울로이 parylene-C/SiO 2 패터닝 플랫폼 따라서 MEMS 구성 요소와 연합을위한 좋은 후보입니다.
피라니아 산이 칩 침지뿐만 아니라 식사이 잔류 유기 물질을 제거 할뿐만 아니라, 기판 표면을 에칭한다. 이 소 태아 혈청 효과적인 활성화를 가능하게하는 열쇠입니다. 그렇게하지 않으면 세포 패터닝을 방지하고 뿌리깊은 온 – 칩 세포 행동을 변경합니다. 피라니아 산으로 세척 한 후, 칩을 살균 할 필요가 없다. 실제로 자외선 노출에 의한 살균은 용량 의존적 13 셀 패턴을 훼손하기 위해 표시되었습니다. 케어는 포토 리소그래피 공정 후 모두 잔류 포토 레지스트를 씻어주의해야합니다. 지속 포토 레지스트 parylene-C/SiO 2 형상에 의해 결정 패턴을 무시 원치 않는 사이토 접착 층의 역할을 수행 할 수 있습니다. 특정 시약과 함께 위에서 설명 된 포토 리소그래피 공정을 사용하면 아세톤 효과적이다. 그러나, 포토 레지스트의 다른 유형은 다른 용매를 필요로 할 수있다.
의 다른 작풍의 영향과 성공을 평가하기 위해NT 제조 단계,이 대조 기판의 접촉각이 측정 될 수있다.도 2는 칩 활성화 프로세스 중에 발생하는 변화를 나타낸다. 그것은 혈청에있는 특정 접착제 반발 단백질 구성 요소가 궁극적으로 각각의 사이토 접착 또는 사이토 – 반발 특성을 발휘하는 파릴 렌 무늬의 칩을 사용하는 것이, 그러나, 가능성이 높습니다.
우리가 성공적으로 두껍고 얇은 두 파릴 렌 층을 사용하여 패터닝 한 비록 모든 대표 결과, 100 ㎚의 파릴 렌 두께 칩을 사용했다. 중요한 것은,이 포토 리소그래피, 에칭 기술은 여기에서 설명보다 파릴 구성 훨씬 더 입체적으로 제어 할 수 있습니다. 예를 들어, 포토 마스크의 조합을 이용하여, 그 혼합 두께 파릴 영역을 만드는 것이 가능하다. 이 세포 접착 / repul 단순히 지시 된 지역을 넘어 정의 된 세 가지 차원 지형 세포 배양을 만드는 방법을 엽니 다시온 잠재적 구조에 미세 유체 채널을 통합하는 수단을 제공.
도시 된 바와 같이, 그러나,이 패터닝 플랫폼은 보편적으로 세포 유형에 걸쳐 유효하지 않다. 때이 플랫폼에서 배양 다른 세포주, 그들의 다양한 세포 접착 분자 프로파일, 놀라지 다르게 동작합니다. 우리는 아직이 셀 패터닝 플랫폼을 뒷받침 혈청의 주요 구성 요소, 또는 무료 세포 막 수용체를 확인하지 못했습니다. 미래에 그렇게하면 그 유틸리티와 특이도를 확대 할 것을 약속드립니다. 예를 들어, '비 패터닝'세포주는 전적으로 필요한 접착 분자를 표현하도록 수정 등의 패터닝을 촉진 할 수있다.
The authors have nothing to disclose.
이 작품은 웰컴 트러스트 (Wellcome Trust) 임상 박사 교제 (ECAT)에 의해 지원되었다.
Layout editor software package | e.g. CleWin 5.0 from WieWeb, http://www.wieweb.com/ns6/index.html | Capable of reading/writing CIF or GDS-II files. Used to create parylene design for photo mask manufacture | |
Bespoke photo mask | e.g. Compugraphics International Ltd, Glenrothes, Scotland, www.compugraphics-photomasks.com | Either fabricate in-house of facilities exist or commision | |
3" Silicon wafers | e.g. Siltronix, Archamps, France, http://www.siltronix.com | ||
Atmospheric horizontal furnace | e.g. Sandvik, http://www.mrlind.com | For oxidising silicon wafer | |
Small spot spectroscopic reflectometer | e.g. Nanometrics NanoSpec 3000 reflectometer, www.nanometrics.com/ | To measure depth of silicon dioxide layer | |
Silane adhesion promoter | e.g. Merck Silane A174 adhesion promoter. Merck Chemicals, www.merck-chemicals.de/ | 1076730050 | Pre-applied to wafer to encourage parylene deposition |
Parylene-C | e.g. Ultra Electronics, www.ultra-cems.com | ||
SCS Labcoter 2 deposition Unit, Model PDS2010 | SCS equipment, Surrye, UK, www.scscoatings.com/ | Model PDS2010 | |
Hexamethyldisilazane (HMDS) adhesion promoter | e.g. SpiChem, www.2spi.com | ||
Automated track system for dispensing photoresist on wafers. | e.g SVG (silicon Valley Group) 3 inch photo-resist track, | Automated track system for dispensing photoresist on wafers. A prime oven bakes the wafer and dispenses the adhesion promoter, HMDS. A combination spinner dispenses photoresist. Pre-bake oven cures the resist. | |
Photo-resist: Rohm & Haas | Rohm & Haas, www.rohmhaas.com/ | SPR350-1.2 positive photo-resist | |
Phot-mask aligner | e.g. Suss Microtech MA/BA8 mask aligner, www.suss.com | ||
Microchem MF-26A developer | Microchem MF-26A developer, www.microchem.com | Removes exposed reogions of photoresist | |
Plasma etch system | e.g. JLS RIE80 etch system, JLS Designs, www.jlsdesigns.co.uk | Removes exposed regions of parylene | |
Wafer dicing saw | e.g. DISCO DAD 680 Dicing Saw, DISCO Corporation, Japan, www.disco.co.jp | ||
Acetone | e.g. Fisher Scientific, www.fishersci.com/ | A929-4 | To wash off residual photoresist |
30% Hydrogen Peroxide | e.g. Sigma-Aldrich, www.sigmaaldrich.com | H1009 | |
98% Sulphuric Acid | e.g. Sigma-Aldrich, www.sigmaaldrich.com | 435589 | |
Fetal Bovine Serum | Gibco-Invitrogen, www.invitrogen.com | 10437 | Standard chip activation. |
Hank's Balanced Salt Solution | Gibco-Invitrogen, www.invitrogen.com | 14170 |