Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

Der Ausbau nano Substraten Stichtechnik für Nanotopographical Modulation des Zellverhaltens

Published: December 8, 2016 doi: 10.3791/54840

Protocol

1. Die Replikation von PDMS-Formen aus einer EBL Mold

  1. Fabrizieren Silikonform 29
    1. Schleuderbeschichtungs 200 ul Polymethylmethacrylat (PMMA) -Lösung auf einem 1 × 1 cm Silizium (Si) -Substrat bei 2.500 rpm für 1 min um einen dünnen Film zu bilden.
    2. Backen die PMMA-Film auf dem Si-Substrat bei 180 ° C für 2 min.
    3. Schreiben die entworfen Nano auf der PMMA - Film durch einen fokussierten Elektronenstrahl bei einer Flächendosis von 300 & mgr; C / cm 2.
    4. Entwickeln Sie die PMMA-Nano in Entwickler für 80 Sekunden.
    5. Hinterlegung der PMMA Nano mit einer Nickelschicht von 50 nm Dicke in eine E-beam Verdampfer bei einer Ausgangsspannung von 10 kV, Emissionsstrom von 0,5 mA und einer Abscheidungsrate von 0,5 Å / sec Verwendung.
    6. Heben Sie den PMMA Teil in 20 ml-Entferner bei 80 ° C für 20 min ab.
    7. Reaktives Ionenätzen (RIE) der Nano in das Si-Substrat eine Si Form der gewünschten Tiefe zu erhalten.
      HINWEIS: Gasgemisch aus TetRafluoromethane (CF 4) / Sauerstoff (O 2) (90% / 10%) bei einem induktiv gekoppelten Plasma (ICP) Leistung von 400 W und RIE Leistung von 150 W verwendet wird Si - Substrat zu einer Tiefe von 560 nm zu ätzen.
  2. Silanisieren Si Form
    1. Setzen Sie ein Deckglas und die Si-Form in einem 100 mm PS Petrischale und übertragen sie in einem Glas-Exsikkator in einer Abzugshaube.
    2. Drop 10 ul 1H, 1H, 2H, 2H-Perfluorooctyltrichlorosilane auf dem Deckglas.
      Achtung: 1H, 1H, 2H, 2H-Perfluorooctyltrichlorosilane verursachen Haut Korrosion und schwere Augenschäden. Tragen Sie geeignete Schutzausrüstung (PSA).
    3. Decken Sie die Petrischale teilweise.
    4. Halten Sie den Exsikkator unter Vakuum für 5 Stunden in einem Abzug der Silanisierung der Si Form zu vervollständigen.
  3. Bereiten Sie PDMS-Präpolymer
    1. Man wiegt 10 g PDMS-Harz und 1,05 g Härter in einem Einweg-Wägeschiffchen.
    2. Mischen Sie die PDMS-Präpolymer gründlich durch einen Plastiklöffel verwenden.
    3. Entgasen Sie den PDMS-Präpolymer in einem Kunststoff-Exsikkator unter Vakuum etwa 20 min bis eine klare Mischung beobachtet wird.
  4. Replizieren PDMS Formen
    1. Setzen Sie die silanisierten Si Form in einer 60 mm Petrischale.
    2. Gießen Sie die PDMS-Präpolymer auf der Si-Form in der Petrischale.
    3. Legen Sie die Petrischale in einem Kunststoff-Exsikkator und Entgasen für etwa 10 Minuten, bis alle Blasen verschwinden.
    4. Übertragen Sie die Petrischale auf einer Heizplatte und Härten des PDMS-Präpolymer bei 70 ° C für 4 Stunden.
    5. Ziehen Sie die PDMS-Form von der Si-Form aus sorgfältig von einer Pinzette.
      HINWEIS: PDMS Formen können für bis zu einer Woche bei Umgebungsbedingungen gelagert werden. Nach dem Aushärten gibt es einige nicht vernetzten PDMS Harzmoleküle und restlichem Vernetzungsmittel in den PDMS Formen 30. Die niedermolekularen Molekülen allmählich diffundieren und sammeln sich an der Oberfläche über die Zeit. Dies wirkt sich auf die topographischen und mechanischen Eigenschaften der PDMS - Oberfläche 31. Die difFusion ist nicht signifikant innerhalb einer Woche.

2. Nähen von PDMS-Formen in einem großen, einzigen Form

  1. Bereiten Sie mehrere PDMS Formen für Schritt 1.4 wiederholen.
    HINWEIS: Wiegen gleiche Menge an PDMS-Mischung jedesmal PDMS Formen von gleicher Dicke zu erhalten.
  2. Bestimmen Sie die Ausrichtung der anisotropen PDMS Nano wie nanogratings unter einem optischen Mikroskop und markieren Sie ihn auf der Rückseite der PDMS-Formen mit einem Filzstift.
    HINWEIS: Es ist nicht notwendig, die Orientierung der isotropen Nanotopographie, wie beispielsweise Nanosäulen zu markieren.
  3. Reinigen Sie ein Si-Substrat mit Ethanol in einer Abzugshaube und trocknen Sie sie mit Druckluft.
  4. Schneiden Sie die nicht gemusterten Flächen jedes PDMS-Form mit einem Messer.
    HINWEIS: Für die PDMS Formen, die an der Peripherie der genähten Form gelegt wird, werden nur die ungemusterten Bereiche in Kontakt mit anderen abgeschnitten werden sollten.
  5. Legen Sie die getrimmten PDMS-Form mit dem Nano Gesicht nach unten aufdie Spiegelseite des Si-Substrats und dann auszurichten andere Formen der Nähe von, aber nicht die umgebende Form (en) zu berühren.
  6. Bereiten Sie eine PDMS Klebeschicht
    1. PDMS-Präpolymer (PDMS Harz und Härter-Verhältnis: 10: 1,05) gegossen 1 g entgastes auf einem sauberen Objektträger aus Glas (7,5 cm × 2,5 cm), um eine 0,5 mm dicke Schicht zu bilden.
    2. Backen Sie die PDMS-Schicht bei 100 ° C auf einer Heizplatte für 3-5 min. Verwenden Sie eine Nadel, um die Schicht zu berühren und zu gewährleisten, dass die Schicht teilweise, aber nicht vollständig geheilt.
      HINWEIS: teilweise gehärtete PDMS kann nicht wie nicht gehärtete PDMS-Präpolymer fließen, aber es ist klebrig, verglichen mit geheilt PDMS.
  7. Legen Sie die PDMS-Schicht auf der Rückseite ausgerichtet PDMS Formen und schnell diese Baugruppe invertieren und übertragen sie auf der Heizplatte.
  8. Übernehmen einer Druckkraft (5 kPa) unter Verwendung eines Metallblock auf der Oberseite des Montage einen guten Kontakt zwischen dem PDMS Haftschicht und der Rückseite des PDMS Formen zu gewährleisten, und härten die PDMS Klebstoffschicht bei 100 ° C für 1 Std. <br /> Hinweis: Sie sorgfältig die Position des Metallblocks stellen Sie die Neigung der Anordnung zu vermeiden.
  9. Entfernen Sie den Metallblock und ziehen Sie die einzelnen, genäht PDMS-Form aus dem Si-Substrat ab.

3. Erzeugung eines Master-Form auf PS Substrate

Hinweis: Die genähte PDMS-Form auf einem Glasträger immobilisiert kann verwendet werden, eine Mutterform auf einer PS-Platte oder eine PS-Dünnfilm zu erzeugen, aus dem Arbeitsnanostrukturierten Substrate hergestellt werden können.

  1. Generieren Sie eine Masterform auf einer PS-Platte
    1. Bereiten Sie eine PS-Platte
      1. Trocknen Sie die PS-Pellets in einem Vakuumofen bei 80 ° C für zwei Tage.
      2. Vorheizen eine Pressmaschine bei 230 ° C.
      3. Bauen Sie eine Aluminiumplatte, eine Polytetrafluorethylen (PTFE) Blatt und das Aluminium-Abstandhalter in einer Reihenfolge von unten nach oben.
      4. Belastung 3,5 g PS-Pellets in der Aluminiumabstandshalter mit einer quadratischen Öffnung von 3 cm (L) · 3 cm (W) × 0,3 cm (H).
        HINWEIS: Der Abstandhalter ist etwa 0.1 cm dicker als die PDMS Formen, und somit die endgültige nanostrukturierten PS Substrat beträgt etwa 0,1 cm dick.
      5. Legen Sie eine andere PTFE-Folie und dann eine andere Aluminiumplatte auf dem Aluminium-Abstandhalter.
      6. Legen Sie die Montage in der Pressmaschine.
      7. Vorwärmen der PS-Pellets bei 230ºC für 30 min.
      8. Tragen Sie einen Kompressionsdruck (0,1 MPa) auf der Baugruppe für 5 min.
      9. Lassen Sie den Druck und dann einen Kompressionsdruck von 0,5 MPa auf die Montage erneut anwenden.
      10. Wiederholen Sie Schritt 3.1.1.9 mit einem Druckanstieg von 0,5 MPa bis der erwünschte Druck von 1,5 MPa erreicht ist.
      11. Schalten Sie die Heizung der Pressmaschine ab und kühlen es bei einem konstanten Druck von 1,5 MPa unter 70 ° C nach unten.
      12. Nehmen Sie die Baugruppe aus und speichern Sie die PS-Platte in einem Vakuumofen bei 80 ° C Feuchtigkeit zu verhindern, dass der PS-Platte erneut eingeben.
    2. Nanoimprint die genähte PDMS-Form in PS-Platte
      1. Legen Sie die PS-Platte in einem Aluminium-AbstandhalterAuf einem 3-Zoll-Si-Wafer.
        HINWEIS: Die Innenabmessungen des Abstandhalters sind die gleichen wie diejenigen der PS-Platte, so dass die PS-Platte passt genau in den Abstandshalter.
      2. Erhitzen Sie die PS-Platte auf einer Heizplatte bei 250 ° C für 30 min.
      3. Legen Sie die genäht PDMS-Form mit Nano Gesicht nach unten auf dem geschmolzenen PS-Platte.
        HINWEIS: Eine Seite der PDMS-Form wird in Kontakt mit der Oberfläche der PS-Platte gelegt erste und eine andere Seite abgesenkt wird allmählich in Kontakt mit der PS Oberfläche die Bildung von Luftblasen an der Grenzfläche zu vermeiden.
        Achtung: Die Oberfläche der Heizplatte ist heiß. Tragen Sie thermogloves während Nanoimprint Prozess.
      4. Legen Sie eine Aluminiumplatte auf dem Glasträger der genähten PDMS-Form.
      5. Tragen Sie einen Kompressionsdruck (12,5 kPa) durch Metallblöcke auf der Aluminiumplatte verwendet und für 3 Minuten warten.
        HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass die Aluminiumplatte nicht gekippt wird.
      6. Heben und den Metallblock von der Aluminiumplatte ersetzen und increase den Kompressionsdruck auf 25 kPa.
      7. Wiederholen Sie Schritt 3.1.2.6 mit dem Druck stieg auf 50 kPa.
        HINWEIS: Dieser Schritt ist die Luft zwischen der PDMS-Form und PS-Platte gefangen zu entfernen.
      8. Aufrechterhaltung der Temperatur der Heizplatte zwischen 240 und 250 ° C unter ständiger Druck von 50 kPa für 15 min.
      9. Schalten Sie die Kochstelle aus und abkühlen die gesamte Einrichtung.
        HINWEIS: Ein Lüfter kann dazu verwendet werden, um den Kühlprozess zu beschleunigen.
      10. Entfernen Sie die Metallblöcke, nachdem die Temperatur unter 50 ° C liegt, und schälen sorgfältig die genähte PDMS-Form aus der PS-Platte.
        HINWEIS: Die PS-Substrat hat die Reverse-Nano und kann als Master-Form verwendet werden, arbeiten PDMS-Substrate herzustellen.
  2. Generieren Sie eine Masterform auf einem PS-Dünnfilm
    1. Bereiten Sie eine PS-Dünnschicht
      1. Man löst 1 g PS in 10 ml Toluol in einem Abzug.
        Vorsicht: Toluol kann Haut irritatio verursachenn und schwere Augenschäden und kann die Organe schädigen bei längerer oder wiederholter Exposition. Tragen Sie geeignete PSA.
      2. Spin-coat 1 ml PS-Lösung auf einem 2-in-Wafer bei 2500 Upm für 1 min ~ 1 & mgr; m dicken PS-Dünnfilm zu bilden.
      3. Verdunsten Toluol aus dem Film durch die PS-Film auf Si-Wafer in einer Abzugshaube Einstellung für 3 Tage.
      4. Einbrennlackieren PS-Dünnfilm in einem Vakuumofen über Nacht bei 80 ° C.
    2. Nanoimprint die PDMS-Form auf einem PS-Dünnfilm
      1. Legen Sie die genäht PDMS-Form mit Nanotopographie der Vorderseite nach unten auf der PS-Dünnfilm, der auf einer Heizplatte eingestellt ist.
      2. Tragen Sie einen Kompressionsdruck von 12 kPa auf der PDMS-Form von Metallblöcke auf der Glasseite der PDMS-Form verwendet wird.
      3. Erhöhen Sie die Temperatur der Heizplatte auf 180 ° C und halten es für 15 min.
        Achtung: Das geschmolzene PS Film kann als Schmiermittel wirken. Achten Sie darauf, die Metallblöcke ein Abrutschen zu verhindern.
      4. Schalten Sie die Kochplatteund kühlen das gesamte Setup nach unten.
        HINWEIS: Ein Lüfter kann dazu verwendet werden, um den Kühlprozess zu beschleunigen.
      5. Entfernen Sie die Metallblöcke, nachdem die Temperatur unter 50 ° C sinkt, und schälen sorgfältig die genäht PDMS-Form aus dem PS-Film.
        HINWEIS: Die nano PS Film wird als Masterform dienen Arbeits PDMS-Substrate herzustellen.

4. Nanotopographical Modulation des Zellverhaltens

Hinweis: Human-Epithelzellen kultiviert werden auf die repräsentativen Nanotopographien nanotopographical Modulation von Zellausbreitung zu demonstrieren.

  1. Cast PDMS Arbeits Substrate aus der Masterform erzeugt entweder von Schritt 3.1 oder 3.2, je nach Anwendung.
  2. Mit Hilfe eines hohlen Stahlbogenschlag, schneiden Sie die nanostrukturierten PDMS - Substrate in Scheiben , die die Konfiguration einer bestimmten Multi-Well - Platte (zB 24-Well - Platte) zu passen.
  3. Verwenden einer Pinzette die PDMS-Discs in die Vertiefungen zu platzieren ofa Multi-Well-Platte.
  4. Sterilisieren der PDMS-Substrate durch 70% Ethanol und dann UV-Exposition, die jeweils für 30 min.
  5. Waschen Sie die PDMS-Substrate mit 1x steriler phosphatgepufferter Salzlösung (PBS) dreimal.
  6. Beschichtung der Substrate PDMS mit extrazellulären Matrixproteins (dh 20 ug / ml Fibronektin) für 30 min bei Raumtemperatur.
  7. Spülen Sie die PDMS-Substrate dreimal mit sterilem PBS für jeweils 5 min.
  8. Suspend menschlichen Lungenkrebszelle A549 in Dulbeccos modifiziertem Eagle-Medium mit 10% fötalem Rinderserum und die Zellen unter Verwendung eines Hämozytometers zählen.
  9. Platte die Zellen bei einer Aussaatdichte von 2.000 Zellen / cm 2 auf den PDMS Substrate und Kultur sie bei 37 ° C in einer befeuchteten Atmosphäre mit 5% CO 2 für einen Tag.
  10. Waschen der Zellen mit PBS dreimal.
  11. Fixieren Sie die Zellen in einer Mischung aus 4% Paraformaldehyd und 2% Glutaraldehyd in PBS für 4 Stunden und entwässern Zellen eine CO 2 kritischen po Verwendungint Trockner für das Scannen von elektronischen mikroskopischen Beobachtung 29.
    Achtung: Paraformaldehyd und Glutaraldehyd kann zu schweren Verätzungen der Haut und Augenschäden. Betreiben Sie in einer chemischen Haube und geeignete PSA tragen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Die Stichtechnik kann einen großen Bereich von nanostrukturierten Substrate mit hoher Genauigkeit erzeugen. Figur 1a und 1b die große Fläche von Nanostrukturen aus dem genähten PDMS - Form zu PS - Platte und PS - Dünnfilm auf einem Si - Substrat bzw. übertragen anzuzeigen. Der Vergleich zwischen dem ursprünglichen EBL geschriebene Form (Abbildung 1c) und die endgültigen PDMS Arbeitssubstrat (Abbildung 1d) bestätigt , dass die EBL-geschrieben Nano getreu an das Arbeitssubstrat übertragen werden. Nanotopographie unterschiedlicher Geometrie und Abmessungen können verwendet werden, um Zellverhalten zu modulieren. Wie in Figur 2 gezeigt , mit A549 ein adenocarcinomic basalen Epithel - Zelllinie als Modellzellen können die anisotropen nanogratings die Zellen entlang der nanograting Richtung länglich gegenüber dem mehrpoligen Morphologie , die A549 - Zellen auf den isotropen Nanosäulen anzuzeigen.

nt "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Abbildung 1
Abbildung 1. Die Erzeugung einer großen Fläche der nanostrukturierten Substrate Stichtechnik. (A, b) optische Bilder der transferierten Nano zu PS - Platte und PS - Dünnfilm, respectively. Die Pfeile zeigen die Polymer Erhöhung in den Zwischenräumen der genähten PDMS Schimmelpilzen. (C, d) REM - Aufnahmen der Nano auf EBL Form und letzte PDMS Substrat arbeitet, respectively. Die Maßstabsbalken sind 1 & mgr; m. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 2
Abbildung 2. Nanotopographical modulierte Zelle von A549 - Zellen zu verbreiten. (a) nanogratings von 500 nm in Linienbreite 500 nm in Abstand und 560 nm in der Höhe und (b) Nanosäulen von 500 nm im Durchmesser, 450 nm in Kante-zu-Kante Abstand gezüchtet und 560 nm in der Höhe , beziehungsweise. Die Maßstabsbalken sind 10 & mgr; m. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Wir präsentieren Ihnen eine einfache, kostengünstige und dennoch vielseitige Methode einen großen Bereich von nanostrukturierten Substrat zu erzeugen. Um treu hochdefinierte Nano, große Aufmerksamkeit erweitern sollte auf mehrere kritische Schritte bezahlt werden. Die erste ist die mehrere PDMS Formen zu trimmen. Ungemusterten Bereiche der PDMS Formen entfernt werden müssen. Zusätzlich sollten die Seitenwände der Formen geschnitten werden vertikal so perfekt wie möglich, die Lücken zwischen den Formen zu minimieren. Zusammenfassend kann der Teil des ungemusterten Bereiche im letzten Stich Form reduziert werden. Zweitens muss die nanostrukturierten Oberfläche dieser PDMS Formen ohne jede Verzerrung auf dem Siliziumsubstrat ausgerichtet werden. Da die PDMS-Nanostrukturen neigen zu verformen sind, ist es entscheidend, um die nanostrukturierten Oberflächen gegen eine Spiegelseite des Siliziumsubstrats leicht und gleichmäßig zu platzieren (vermeiden Luft zwischen der PDMS-Form und Siliziumoberfläche Trapping). Die PDMS Formen werden so nahe wie möglich ausgerichtet werden, aber nicht die nei Berührungghboring Formen weiter zu der unstrukturierten Teil der letzten Stich Form zu minimieren. Andernfalls werden die berührt Nanostrukturen während der Nanoimprint verformen. Drittens kann die Dicke der PDMS Formen von Charge zu Charge variieren, und daher ist es wichtig, die Dicke einheitlich zusätzlich zu machen, die Dicke jeder Form gleichmäßig zu machen, indem die kleinen Si Form perfekt vor PDMS Gießen Nivellierung. Obwohl die Unterschiede zwischen den PDMS Formen in der Dicke kann durch Einstellen der Dicke des PDMS-Präpolymer (Klebstoff) kompensiert werden Schicht auf einem Glasobjektträger gegossen, könnte eine dicke Schicht Prepolymers problematisch sein. Das Präpolymer kann durch die Zwischenräume zwischen den PDMS Formen auf die strukturierte Oberfläche durch die Kapillarkraft und folglich Beschädigung der Nano gezogen werden. Die Dickenänderung kann durch die Herstellung der gleichen Menge an PDMS-Gemisch minimiert werden, wenn aus der EBL Gießform. Als Ergebnis kann eine dünne PDMS-Präpolymer Schicht verwendet werden. Alternativ Härten teilweise die prepolymer Schicht erhöht sich seine Viskosität und damit seine Gehaltserhöhung reduzieren und schließlich den möglichen Schaden von nanostrukturierten Oberflächen beseitigen.

Die Stich Technik wird von elastomeren Natur des PDMS beschränkt. Obwohl Softlithographie angewendet wurde Strukturgrößen so klein wie 2 nm 32 und im Prinzip zu replizieren, mit einer Auflösung von weniger als 0,5 nm 18 erreichen, können die nanoskaligen PDMS Funktionen , die nicht einwandfrei repliziert werden , wenn das Seitenverhältnis von Höhe zu Breite zu ist hoch (> 2) oder zu niedrig (<0,2). Die nanofeatures kann zusammenbrechen , wenn das Seitenverhältnis zu hoch ist, oder zu einer unzureichenden Erleichterung führen , wenn der PDMS - Stempel eines <0,2 Verhältnis 33 verwendet wird. Außerdem können mehrere PDMS Formen nicht nahtlos genäht werden, weil der Zwischenräume und unvollständiger Beschneiden der PDMS Formen, und somit gibt es unstrukturierte und fehlausgerichteten Bereiche (insbesondere für die kontinuierliche Nano wie nanogratings). Der geringe Anteil des Defected gegebenenBereich über die gesamte Fläche, die Stichtechnik bietet immer noch eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, einen großen Bereich der nanostrukturierten Substrate herzustellen. Zusätzlich wird , wenn das Nähgut Form in dem Polymersubstrat nanoimprinted wird, kann geschmolzenes Polymer in den Zwischenraum fließen kann , was zu einer unebenen Oberfläche (Abbildung 1a). Die unebene Oberfläche macht es schwierig, Proben für die zelluläre oder molekularbiologische Analysen zu sammeln. In mikrofluidischen Anwendungen bewirkt die Erhöhung auch eine unvollständige Abdichtung, wenn Mikro gegen das strukturierte Substrat abgedichtet sind. Die unebene Oberfläche Problem kann leicht durch Aufbringen Dünnfilmtechnik Polymer gelöst werden , um die Erhöhung durch Abstimmung der Foliendicke (1b) zu minimieren.

Obwohl die Stichtechnik eine definierte Master-Form für die Erweiterung benötigt, ist es einfach und erschwinglich im Vergleich zu anderen Techniken wie Step-and-Flash-Lithographie und einem Rolle-zu-Rolle Nanoimprint lithograPHY. Die Stichtechnik erfordert nur Kochplatten und eine Art und Weise Druckkräfte beim Sticken und Nanoimprint Prozesse auszuüben, aber keine teure Ausrüstung. Darüber hinaus kann die Stichprozeß in einer sauberen Umgebung durchgeführt werden, aber nicht notwendigerweise in einem Reinraum.

Die Stich Technik ist auch vielseitig. Zusätzlich eine identische Nano zu einem großen Bereich zu erweitern, kann die Stichtechnik für die Formen aufgebracht werden, bestehend aus Mikro- und / oder Nanoskala Merkmale verschiedener Formen, Abmessungen und Anordnungen. Zu dieser Hinsicht eine kombinatorische Bibliothek von Mikro- / Nanotopographien gebaut werden Hochdurchsatz-Plattform für die Zell-Topographie-Wechselwirkungen zu untersuchen. Diese einfache, kostengünstige und vielseitige Stichtechnik kann potenziell erweitert werden Mikro- / Nanometer-Bauteilen mit Hybrid-Komponenten zu erstellen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
JEOL field emission SEM JEOL JSM-7600F EBL
E-beam evaporator Kurt J. Lesker Model: LAB 18 e-beam evaporator nickel deposition
Trion Minilock III ICP/RIE Trion technology Model: Minilock-phantom III
Press machine PHI Hydraulic Press Molde: SQ-230H
Spin coater Laurell Technologies Modle: WS-400A-6NPP-LITE
CO2 critical dryer Tousimis Modle: Autosamdri-815
Silicon wafer University Wafer 1080
Aluminum plates McMaster-carr 9057K123
Teflon sheets McMaster-carr 8711K92
100 mm Petri dish FALCON 353003
60 mm Petri dish FALCON 353004
Glass coverslip Fisher Scientific 12-542-B
Glass slide Fisher Scientific 12-550-34
Disposable weighing boats Fisher Scientific 13-735-743
Glass desiccator Fisher Scientific 02-913-360
Plastic desiccator Bel-Art Products F42025-000
Hotplate Fisher Scientific 1110049SH
Tweezer Ted Pella, inc. 5726
Blade Fisher Scientific S17302
Metal blocks McMaster-carr
Punch Brettuns Village Leather Craft Supplies Arch punch
Poly(methyl methacrylate) MicroChem 495 PMMA A4
PDMS Dow Corning Sylgard 184 kit
Polystyrene Dow Chemical Styron 685D
1H,1H,2H,2H-perfluorooctylmethyldichlorosilane Oakwood Chemical 7142
Developer MicroChem MIBK/IPA at 1: 3 ratio
Remover MicroChem Remover PG
Ethanol Fisher Scientific BP2818500
Toluene Fisher Scientific T324-500
Phosphate buffered saline Sigma Aldrich D8537
Dulbecco’s modified eagle medium Sigma Aldrich D5796
Fetal bovine serum Atlanta Biologicals S11550
Paraformaldehyde Electron Microsopy Science 15712-S
Glutaraldehyde  Fisher Chemical G151-1
Fibronectin Corning 356008
A549 cells ATCC ATCC CCL-185

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Silva, G. A., et al. Selective differentiation of neural progenitor cells by high-epitope density nanofibers. Science. 303 (5662), 1352-1355 (2004).
  2. Yim, E. K. F., Pang, S. W., Leong, K. W. Synthetic Nanostructures Inducing Differentiation of Human Mesenchymal Stem Cells into Neuronal Lineage. Exp. Cell Res. 313 (9), 1820-1829 (2007).
  3. Dalby, M. J., et al. The Control of Human Mesenchymal Cell Differentiation Using Nanoscale Symmetry and Disorder. Nat. Mater. 6 (12), 997-1003 (2007).
  4. Oh, S., et al. Stem Cell Fate Dictated Solely by Altered Nanotube Dimension. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 106 (7), 2130-2135 (2009).
  5. Brunetti, V., et al. Neurons Sense Nanoscale Roughness with Nanometer Sensitivity. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 107 (14), 6264-6269 (2010).
  6. McMurray, R., et al. Nanoscale Surfaces for the Long-term Maintenance of Mesenchymal Stem Cell Phenotype and Multipotency. Nat. Mater. 10 (8), 637-644 (2011).
  7. Yim, E. K. F., et al. Nanopattern-induced changes in morphology and motility of smooth muscle cells. Biomaterials. 26 (26), 5405-5413 (2005).
  8. Gerecht, S., et al. The Effect of Actin Disrupting Agents on Contact Guidance of Human Embryonic Stem Cells. Biomaterials. 28 (28), 4068-4077 (2007).
  9. Bettinger, C. J., Zhang, Z., Gerecht, S., Borenstein, J. T., Langer, R. Enhancement of in vitro Capillary Tube Formation by Substrate Nanotopography. Adv. Mater. 20 (1), 99-103 (2008).
  10. Thakar, R. G., Ho, F., Huang, N. F., Liepmann, D., Li, S. Regulation of vascular smooth muscle cells by micropatterning. Biochem. Biophys. Res. Commun. 307 (4), 883-890 (2003).
  11. Lee, M. R., et al. Direct differentiation of human embryonic stem cells into selective neurons on nanoscale ridge/groove pattern arrays. Biomaterials. 31 (15), 4360-4366 (2010).
  12. Moe, A. A. K., et al. Microarray with micro- and nano-topographies enables identification of the optimal topography for directing the differentiation of primary murine neural progenitor cells. Small. 8 (19), 3050-3061 (2012).
  13. Dang, J. M., Leong, K. W. Myogenic induction of aligned mesenchymal stem cell sheets by culture on thermally responsive electrospun nanofibers. Adv. Mater. 19 (19), 2775-2779 (2007).
  14. Dasgupta, N., et al. Thermal co-reduction approach to vary size of silver nanoparticle: its microbial and cellular toxicology. Environ. Sci. Pollut. Res. 23 (5), 4149-4163 (2016).
  15. Ranjan, S., et al. Microwave-irradiation-assisted hybrid chemical approach for titanium dioxide nanoparticle synthesis: microbial and cytotoxicological evaluation. Environ. Sci. Pollut. Res. 23 (12), 12287-12302 (2016).
  16. Deckman, H. W., Dunsmuir, J. H. Natural lithography. Appl. Phys. Lett. 41 (4), 377-379 (1982).
  17. Dalby, M. J., Riehle, M. O., Johnstone, H., Affrossman, S., Curtis, A. S. G. In vitro Reaction of Endothelial Cells to Polymer Demixed Nanotopography. Biomaterials. 23 (14), 2945-2954 (2002).
  18. Gates, B. D., et al. New approaches to nanofabrication: molding, printing, and other techniques. Chem. Rev. 105 (4), 1171-1196 (2005).
  19. Yin, Y., Lu, Y., Gates, B., Xia, Y. Template-Assisted Self-Assembly: A Practical Route to Complex Aggregates of Monodispersed Colloids with Well-Defined Sizes, Shapes, and Structures. J. Am. Chem. Soc. 123 (36), 8718-8729 (2001).
  20. Tada, Y., et al. Directed Self-Assembly of Diblock Copolymer Thin Films on Chemically-Patterned Substrates for Defect-Free Nano-Patterning. Macromolecules. 41 (23), 9267-9276 (2008).
  21. Cheng, J. Y., Rettner, C. T., Sanders, D. P., Kim, H. C., Hinsberg, W. D. Dense self-assembly on sparse chemical patterns: rectifying and multiplying lithographic patterns using block copolymers. Adv. Mater. 20 (16), 3155-3158 (2008).
  22. Colburn, M., et al. Step and flash imprint lithography: a new approach to high-resolution patterning. Proc. SPIE. 3676 ((Pt. 1, Emerging Lithographic Technologies III)), 379-389 (1999).
  23. Ahn, S. H., Guo, L. J. High-speed roll-to-roll nanoimprint lithography on flexible plastic substrates. Adv. Mater. 20 (11), 2044-2049 (2008).
  24. Vieu, C., et al. Electron beam lithography: resolution limits and applications. Appl. Surf. Sci. 164, 111-117 (2000).
  25. Nagase, T., Gamo, K., Kubota, T., Mashiko, S. Direct fabrication of nano-gap electrodes by focused ion beam etching. Thin Solid Films. 499 (1-2), 279-284 (2006).
  26. Juodkazis, S., et al. Two-photon lithography of nanorods in SU-8 photoresist. Nanotechnology. 16 (6), 846 (2005).
  27. Yang, Y., Leong, K. W. Nanoscale surfacing for regenerative medicine. Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed. Nanobiotechnol. 2 (5), 478-495 (2010).
  28. Yang, Y., Kulangara, K., Sia, J., Wang, L., Leong, K. W. Engineering of a Microfluidic Cell Culture Platform Embedded with Nanoscale Features. Lab Chip. 11 (9), 1638-1646 (2011).
  29. Wang, K., et al. Nanotopographical modulation of cell function through nuclear deformation. Acs Appl. Mater. Inter. 8 (8), 5082-5092 (2016).
  30. Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. Solvent Compatibility of Poly(dimethylsiloxane)-Based Microfluidic Devices. Anal. Chem. 75 (23), 6544-6554 (2003).
  31. Yang, Y., Kulangara, K., Lam, R. T. S., Dharmawan, R., Leong, K. W. Effects of Topographical and Mechanical Property Alterations Induced by Oxygen Plasma Modification on Stem Cell Behavior. ACS Nano. 6 (10), 8591-8598 (2012).
  32. Hua, F., et al. Polymer Imprint Lithography with Molecular-Scale Resolution. Nano Lett. 4 (12), 2467-2471 (2004).
  33. Delamarche, E., Schmid, H., Michel, B., Biebuyck, H. Stability of molded polydimethylsiloxane microstructures. Adv. Mater. 9 (9), 741-746 (1997).

Tags

Bioengineering Heft 118 Nano Stichtechnik Elektronenstrahllithografie Weich-Lithographie Nanoimprint-Lithographie Zellmodulation Polydimethylsiloxan Polystyrol
Der Ausbau nano Substraten Stichtechnik für Nanotopographical Modulation des Zellverhaltens
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wang, K., Leong, K. W., Yang, Y.More

Wang, K., Leong, K. W., Yang, Y. Expanding Nanopatterned Substrates Using Stitch Technique for Nanotopographical Modulation of Cell Behavior. J. Vis. Exp. (118), e54840, doi:10.3791/54840 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter