Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

הרחבת טכניקת תפר באמצעות מצעי nanopatterned עבור Nanotopographical אפנון של התנהגות תא

Published: December 8, 2016 doi: 10.3791/54840
Automatic Translation
1, 2, 1
1Department of Chemical and Biomedical Engineering, West Virginia University, 2Department of Biomedical Engineering, Columbia University

Protocol

שכפול 1. PDMS תבניות מתוך עובש EBL

  1. לפברק תבנית סיליקון 29
    1. מעיל ספין 200 methacrylate polymethyl μl (PMMA) פתרון על סיליקון ס"מ 1 × 1 (Si) המצע ב 2500 סל"ד עבור 1 דקות כדי ליצור סרט דק.
    2. אופים את הסרט PMMA על פני המצע סי ב 180 מעלות צלזיוס למשך 2 דקות.
    3. כתוב את nanopattern תוכנן על סרט PMMA באמצעות אלומת אלקטרונים ממוקדת במינון שטח של 300 μC / 2 סנטימטר.
    4. לפתח את nanopattern PMMA ב מפתח עבור 80 שניות.
    5. להפקיד את nanopattern PMMA בשכבת ניקל של 50 ננומטר עובי באמצעות המאייד E-קרן לעבר מתח המוצא של 10 קילו וולט, פליטה הנוכחי של 0.5 מילי-אמפר ושיעור בתצהיר של 0.5 A / sec.
    6. הרם את החלק PMMA במסיר 20 מ"ל ב 80 מעלות צלזיוס במשך 20 דקות.
    7. לחרוט יון ריאקטיבי (ורי) את nanopattern לתוך המצע Si לקבל עובש Si של העומק הרצוי.
      הערה: גז תערובת של tetrafluoromethane (CF 4) / חמצן (O 2) (90% / 10%) תמורת פלזמה מצמידה אינדוקטיבי (ICP) כוח של 400 ואט ו ורי של 150 W משמש כדי לחרוט מצע Si עד לעומק של 560 ננומטר.
  2. Silanize Si עובש
    1. שים coverslip זכוכית עובש סי בצלחת 100 מ"מ PS פטרי ולהעבירם ייבוש זכוכית הממוקם במנדף.
    2. ירידה של כ -10 1H μl, 1H, 2H, 2H-Perfluorooctyltrichlorosilane על coverslip.
      זהירות: 1H, 1H, 2H, 2H-Perfluorooctyltrichlorosilane עלול לגרום לקורוזיה העור ופגיעה חמורה בעיניים. ללבוש ציוד מגן אישי מתאים (PPE).
    3. מכסים את צלחת פטרי חלקית.
    4. שמור על ייבוש תחת ואקום עבור 5 שעות במנדף להשלמת silanization של עובש סי.
  3. כן prepolymer PDMS
    1. לשקול 10 גרם שרף PDMS וסוכן ריפוי 1.05 גרם בסירה במשקל הפנויה.
    2. מערבבים את prepolymer PDMS ביסודיות באמצעות כפית פלסטיק.
    3. דגת prepolymer PDMS ייבוש פלסטיק תחת ואקום במשך כ 20 דקות עד תערובת ברורה הוא ציין.
  4. לשכפל תבניות PDMS
    1. מכניסים את התבנית סי silanized בצלחת פטרי 60 מ"מ.
    2. יוצקים את prepolymer PDMS על עובש סי בצלחת פטרי.
    3. מניחים את צלחת פטרי ייבוש פלסטיק דגה למשך כ -10 דקות עד שכל הבועות להיעלם.
    4. מעבירים את צלחת פטרי פלטה חשמלית ולרפא את prepolymer PDMS ב 70 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות.
    5. לקלף עובש PDMS מהתבנית Si בזהירות באמצעות פינצטה.
      הערה: תבניות PDMS ניתן לאחסן בכל תנאי הסביבה עד שבוע אחד. לאחר ריפוי, יש כמה מולקולות PDMS שרף uncrosslinked וסוכן ריפוי שייר תבניות PDMS 30. מולקולות המשקל המולקולריות הנמוכות בהדרגה המפוזרת החוצה לצבור על פני השטח לאורך זמן. זה משפיע על תכונות טופוגרפיות מכאניות של פני שטח PDMS 31. DIFהיתוך אינו משמעותי בתוך שבוע.

2. תפירה של PDMS תבניות לתוך תבנית גדולה, יחיד

  1. הכן תבניות PDMS המרובה על ידי חזרה על שלב 1.4.
    הערה: לשקול אותה כמות של תערובת PDMS בכל פעם להשיג תבניות PDMS של עובי זהה.
  2. לקבוע את הכיוון של nanopatterns PDMS איזוטרופי כגון nanogratings תחת מיקרוסקופ אופטי ולסמן אותה על הישבן של תבניות PDMS עם עט סימון.
    הערה: אין צורך לסמן את הכיוון של nanotopography איזוטרופיים כגון nanopillars.
  3. נקו מצע Si עם אתנול במנדף ולייבש אותו עם אוויר דחוס.
  4. חתוך את תחומי unpatterned של כל עובש PDMS עם להב.
    הערה: עבור תבניות PDMS כי תוצבנה בפריפריה של העובש התפור, רק באזורי unpatterned במגע עם אחרים צריכים להיות מטופח off.
  5. מניחים את התבנית PDMS גזוז עם nanopattern עם הפנים כלפי מטה עלהצד במראה של מצע Si ולאחר מכן יישר תבניות אחרות קרובות אבל לא נוגעות עובש שמסביב (ים).
  6. כן שכבת דבק PDMS
    1. עופרת 1 גרם degassed prepolymer PDMS (שרף PDMS ויחס סוכן ריפוי: 10: 1.05) בשקופית זכוכית נקי (7.5 ס"מ × 2.5 ס"מ) כדי ליצור שכבה 0.5 מ"מ עובי.
    2. אופים את שכבת PDMS ב 100 מעלות צלזיוס על פלטה חמה למשך 3-5 דקות. שימוש במחט לגעת השכבה ולהבטיח כי היא השכבה חלקית אך לא נרפא לגמרי.
      הערה: PDMS נרפא חלקית לא יכול לזרום כמו prepolymer PDMS דפוקה, אבל זה דביק לעומת PDMS נרפא.
  7. מניחים את השכבה PDMS על הישבן של תבניות PDMS מיושר ובמהירות להפוך הרכבה זה ולהעביר אותו אל הפלטה החמה.
  8. החלת כוח דחיסה (5 kPa) באמצעות בלוק מתכת בחלק העליון של הרכבה כדי להבטיח מגע טוב בין שכבת דבק PDMS ואת הישבן של תבניות PDMS, ולרפא את PDMS שכבת דבק ב 100 מעלות צלזיוס במשך 1 שעה. <br /> הערה: בזהירות להתאים את המיקום של גוש המתכת כדי למנוע את ההטיה של ההרכבה.
  9. הסר את גוש המתכת לקלף עובש PDMS היחיד, תפור מן מצע Si.

דור 3. של עובש מאסטר על מצעי PS

ההערה: עובש PDMS התפור המשותק בשקופית זכוכית יכול לשמש כדי ליצור עובש אמן על צלחת PS או סרט דק PS, שממנו עבודת מצעי nanopatterned יכולים להיות מיוצר.

  1. צור עובש אמן על צלחת PS
    1. הכינו צלחת PS
      1. לייבש את כדורי PS בתנור ואקום ב 80 מעלות צלזיוס במשך יומיים.
      2. מחממי מכשיר משקולות ב 230 מעלות צלזיוס.
      3. להרכיב צלחת אלומיניום, גיליון polytetrafluoroethylene (PTFE) ואת spacer אלומיניום בצו מלמטה למעלה.
      4. כדורי PS טען 3.5 גרם ב spacer אלומיניום עם פתח מרובע של 3 ס"מ (L) × 3 ס"מ (W) × 0.3 ס"מ (H).
        הערה: spacer הוא כ 0.1 ס"מ עבה יותר תבניות PDMS, ובכך המצע PS nanopatterned הסופי עומד עבה 0.1 ס"מ.
      5. למקום אחר גיליון PTFE ולאחר מכן עוד צלחת אלומיניום על spacer אלומיניום.
      6. הנח את המכלול במכונת העיתונות.
      7. מחממים את כדורי PS ב 230 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות.
      8. החלה לחץ דחיסה (0.1 MPA) שבמכלול למשך 5 דקות.
      9. שחרר את הלחץ ולאחר מכן החל מחדש לחץ דחיסה של 0.5 מגפ"ס שבמכלול.
      10. חזור על שלב 3.1.1.9 עם עלייה בלחץ של 0.5 מגפ"ס עד הלחץ הרצוי של 1.5 מגפ"ס הוא הגיע.
      11. כבו את התנור של מכונת לחץ לקרר אותו מתחת ל -70 מעלות צלזיוס בלחץ מתמיד של 1.5 מגפ"ס.
      12. קח את המכלול החוצה ולאחסן את צלחת PS בתנור ואקום ב 80 ° C כדי למנוע לחות מלשוב אל צלחת PS.
    2. Nanoimprint עובש PDMS תפור לתוך צלחת PS
      1. מניחים את צלחת PS בתוך spacer אלומיניוםלהגדיר על פרוסות סיליקון Si 3 אינץ '.
        הערה: הממדים הפנימיים של spacer הזהים לאלה של צלחת PS כך צלחת PS מתאימה ממש spacer.
      2. מחמם את צלחת PS על פלטה חמה ב 250 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות.
      3. מכניסים את התבנית PDMS תפור עם nanopatterns עם הפנים כלפי מטה על צלחת PS מותכת.
        הערה: צד אחד של עובש PDMS מושם על קשר עם פני השטח של צלחת PS הראשון לבין צד אחר הוא הוריד בהדרגה במגע עם המשטח PS כדי למנוע היווצרות של בועות אוויר על הממשק.
        זהירות: החלק הקדמי של פלטה חשמלית חם. תלבש thermogloves במהלך תהליך nanoimprinting.
      4. מניחים צלחת אלומיניום בשקופית כוס עובש PDMS תפור.
      5. החלת לחץ דחיסה (12.5 kPa) באמצעות גושי מתכות על לוחית אלומיניום ולחכות 3 דקות.
        הערה: ודא כי לוחית אלומיניום אינו מוטה.
      6. רם ולהחליף את גוש המתכת מהצלחת האלומיניום ואניncrease לחץ הדחיסה 25 kPa.
      7. חזור על שלב 3.1.2.6 עם הלחץ עלה ל 50 kPa.
        הערה: שלב זה הוא להסיר את האוויר שנלכד בין עובש PDMS ואת צלחת PS.
      8. לשמור על הטמפרטורה של הפלטה החשמלית בין 240 לבין 250 מעלות צלזיוס בלחץ העקבי של 50 kPa במשך 15 דקות.
      9. כבה את הפלטה החשמלית ו לצנן את ההתקנה כולה.
        הערה: מאוורר יכול לשמש כדי לזרז את תהליך הקירור.
      10. הסר את גושי מתכות לאחר הטמפרטורה היא מתחת ל -50 מעלות צלזיוס, ובזהירות לקלף עובש PDMS תפור מהצלחת PS.
        הערה: מצע PS יש את nanopatterns ההפוכה והוא יכול לשמש עובש אמן לייצר מצעי PDMS עובדים.
  2. צור עובש אמן על סרט PS דק
    1. הכנתי סרט PS דק
      1. ממיסים 1 PS גרם טולואן 10 מ"ל במנדף.
        זהירות: טולואן עלול לגרום לעור irritation ונזק חמורה בעיניים, ועלול לגרום נזק לאיברים באמצעות חשיפה ממושכת או חוזרת. תלבש PPE המתאים.
      2. ספין-מעיל 1 מ"ל פתרון PS על רשת 2-ב פרוסות סיליקון ב -2,500 סל"ד דקות 1 כדי ליצור ~ 1 מיקרומטר סרט דק בעובי PS.
      3. להתאדות טולואן מהסרט ידי הגדרת הסרט PS על Si רקיק במנדף במשך 3 ימים.
      4. לחשל הסרט הדק PS בתנור ואקום ב 80 מעלות צלזיוס למשך לילה.
    2. Nanoimprint עובש PDMS על סרט דק PS
      1. מכניסים את התבנית PDMS תפור עם nanotopography עם הפנים כלפי מטה על סרט דק PS, אשר מוגדר על פלטה חמה.
      2. החלת לחץ לחיצה של 12 kPa על עובש PDMS באמצעות גושי מתכות בצד כוס עובש PDMS.
      3. העלה את הטמפרטורה של הפלטה החשמלית ל -180 מעלות צלזיוס ולתחזק אותו במשך 15 דקות.
        זהירות: סרט PS המותך יכול לתפקד כחומר סיכה. שימו לב כדי למנוע את אבני המתכת מפני החלקתי החוצה.
      4. כבה את הפלטה החשמליתו לצנן את ההתקנה כולה.
        הערה: מאוורר יכול לשמש כדי לזרז את תהליך הקירור.
      5. הסר את גושי מתכות לאחר הטמפרטורה יורדת מתחת ל -50 מעלות צלזיוס, ובזהירות לקלף עובש PDMS תפור מהסרט PS.
        הערה: סרט nanopatterned PS ישמש עובש אמן לייצר מצעי PDMS עובדים.

4. אפנון Nanotopographical של התנהגות התא

הערה: תאי אפיתל האדם הם מתורבתים על nanotopographies נציג להפגין אפנון nanotopographical הפצת התא.

  1. עופרת מצעי PDMS עבודת עובש אמן מופק השלב או 3.1 או 3.2 בהתאם ליישום.
  2. באמצעות אגרוף קשת מתכת חלול, לחתוך את מצעי PDMS nanopatterned לתוך דיסקים כדי להתאים את התצורה של צלחת רבה גם ספציפית (למשל, 24 גם צלחת).
  3. להשתמש בפינצטה כדי למקם את הדיסקים PDMS לתוך הבארות ofa צלחת רבה היטב.
  4. לעקר את מצעי PDMS באמצעות 70% אתנול ולאחר מכן חשיפת UV, כל למשך 30 דקות.
  5. שטפו את מצעי PDMS עם בופר פוספט סטרילית 1x (PBS) שלוש פעמים.
  6. מעיל מצעים PDMS עם חלבון תאי מטריקס (כלומר, 20 מיקרוגרם / מ"ל פיברונקטין) למשך 30 דקות בטמפרטורת החדר.
  7. יש לשטוף את מצעי PDMS שלוש פעמים עם PBS סטרילי, כל 5 דקות.
  8. להשעות A549 תאים סרטני ריאה אנושית במדיום הנשר השונה של Dulbecco עם 10% בסרום שור עוברי לספור את התאים באמצעות hemocytometer.
  9. פלייט התאים בצפיפות זריעה של 2,000 תאים / 2 ס"מ על מצעים PDMS והתרבות אותם על 37 מעלות צלזיוס באווירה humidified המכיל 5% CO 2 למשך יום אחד.
  10. שוטפים את התאים עם שלוש פעמים PBS.
  11. תקנו את התאים בתערובת של 4% paraformaldehyde ו -2% glutaraldehyde PBS במשך 4 שעות ו מייבשי תאים באמצעות CO 2 PO הקריטימייבש int לסריקת תצפית מיקרוסקופית אלקטרונית 29.
    זהירות: Paraformaldehyde ו glutaraldehyde עלול לגרום לכוויות בעור חמור לנזק לעיניים. Operate במנדף כימי וללבוש PPE המתאים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

טכניקת התפר יכולה ליצור שטח גדול של מצעי nanopatterned עם איכות גבוהה. איור 1 א ו 1- להציג את השטח הגדול של nanopatterns הועבר מתבנית PDMS תפורה על צלחת PS וקולנוע PS הדק על מצע Si, בהתאמה. ההשוואה בין עובש EBL בכתב המקורי (איור 1 ג ') ואת PDMS הסופית תהיה תקינה המצע (1D איור) מאשרת כי nanopatterns כתוב EBL ניתן להעביר נאמנה למצע עובד. Nanotopography הגיאומטריה ומימדים שונים שניתן להשתמש בהם כדי לווסת התנהגות התא. כפי שניתן לראות באיור 2 עם A549, קו תא אפיתל בסיס adenocarcinomic כתאי מודל, nanogratings אנאיזוטרופיות עלול להאריך את התאים לאורך כיוון nanograting לעומת המורפולוגיה הקוטבית שתאי A549 להציג על nanopillars איזוטרופיים.

NT "FO: keep-together.within-page =" 1 "> איור 1
איור 1. דור של שטח גדול של מצעי nanopatterned באמצעות טכניקת תפר. (א, ב) תמונות אופטיות של nanopatterns הועבר צלחת PS וקולנוע PS רזה, בהתאמה. החצים מציינים את העלאת פולימר סדקי תבניות PDMS התפור. (ג, ד) SEM תמונות של nanopatterns על עובש EBL ו PDMS הסופית תהיה תקינה המצע, בהתאמה. ברי הסקאלה נמצאים 1 מיקרומטר. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
איור 2. Nanotopographical מווסת תא התפשטות תאי A549. (א) nanogratings של 500 ננומטר רוחב קו, 500 ננומטר ריווח 560 ננומטר גובה ו- (ב) nanopillars של 500 ננומטר בקוטר, 450 ננומטר ריווח קצה לקצה ו 560 ננומטר גובה , בהתאמה. ברי המידה 10 מיקרומטר. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

אנו מציגים שיטה פשוטה, זולה עדיין צדדית כדי ליצור שטח גדול של מצע nanopatterned. כדי להרחיב נאמן מאוד nanopatterns מוגדר, תשומת לב רבה צריך להיות משולם על כמה שלבים קריטיים. הראשון הוא לחתוך את תבניות PDMS המרובות. באזורים unpatterned של תבניות PDMS צורך להסירו. בנוסף, הצדדי של התבניות יש לחתוך אנכי מושלם ככל האפשר כדי לצמצם את הפערים בין התבניות. באופן קולקטיבי, את החלק של אזורי unpatterned עובש התפר הסופי יכול להיות מופחת. שנית, משטח nanopatterned של תבניות PDMS אלה צריך להיות מתואם ללא כל עיוות על מצע סיליקון. מכיוון ננו PDMS נוטים לעוות, זה קריטי למקם את משטחי nanopatterned נגד צד במראה של מצע סיליקון בעדינות ובאופן שווה (למנוע השמנה אוויר בין עובש PDMS ואת משטח סיליקון). תבניות PDMS תהיינה מיושרות כמו קרוב ככל האפשר, אבל לא נוגעות נייghboring תבניות כדי למזער את חלק unpatterned נוסף של עובש התפר הסופי. אחרת, ננו נגע יעוות במהלך nanoimprinting. שלישית, העובי של תבניות PDMS עשוי להשתנות מן תצווה יצווה, ולכן הוא קריטי כדי להפוך את העובי אחיד בנוסף עושה את העובי של כל אחיד עובש על ידי פילוס עובש סי הקטן באופן מושלם לפני ליהוק PDMS. למרות וריאצית עובי ברחבי תבניות PDMS ניתן פיצוי על ידי התאמת עובי prepolymer PDMS (הדבק) השכבה להטיל על זכוכית שקופית, שכבה עבה prepolymer יכולה להיות בעייתית. Prepolymer ניתן משך דרך הסדקים בין תבניות PDMS אל פני השטח בדוגמת ידי כוח הנימים, וכתוצאה מכך לפגוע nanopatterns. וריאצית העובי ניתן למזער על ידי הכין אותה הכמות של תערובת PDMS כאשר ליהוק מתבנית EBL. כתוצאה מכך, שכבת prepolymer דקה PDMS ניתן להשתמש. לחלופין, חלקית לרפא את prepolymeשכבת r יגדל צמיגות שלה, ובכך להפחית העלאה שלה ובסופו של דבר לחסל את הנזק האפשרי של משטחים nanopatterned.

טכניקת התפר מוגבלת מטבעה אלסטומרי של PDMS. למרות ליתוגרפיה רך יושם לשכפל גדלי תכונה קטן כמו 2 ננומטר 32 ו, באופן עקרוני, יכול להגיע ברזולוציה של פחות מ -0.5 18 ננומטר, תכונות PDMS ננו לא ניתן לשכפל ללא רבב כאשר היבט היחס בין גובה לרוחב הוא גם (2>) גבוה או נמוך מדי (<0.2). Nanofeatures עלול לקרוס כאשר יחס הממדים הוא גבוה מדי, או לגרום להקלה מספקת כאשר חותמת PDMS של יחס <0.2 משמשת 33. יתר על כן, תבניות PDMS המרובה לא יכולות להיות תפורים בצורה חלקה בגלל הסדקים ואת הזמירה שלמה של תבניות PDMS, וכך יש אזורי unpatterned ו מיושרים (בפרט עבור nanopatterns המתמשך כגון nanogratings). בהתחשב באחוז הקטן של הערקבאזור שמעל שטח הפנים הכולל, טכניקת התפר עדיין מספקת דרך פשוטה ובמחיר סביר כדי לייצר שטח גדול של מצעי nanopatterned. בנוסף, כאשר העובש התפור הוא nanoimprinted לתוך מצע הפולימר, פולימריות מותכות עשויות לזרום לתוך interstice, וכתוצאה מכך (איור 1 א) משטח אחיד. הלא-ישרה עושה את זה מאתגר כדי לאסוף דגימות עבור ניתוחים ביולוגיים הסלולר או מולקולריים. ביישומי microfluidic, להעלות גם גורם איטום שלם כאשר microchannels נסגרת נגד המצע בדוגמת. בעית המשטח האחידה ניתן לפתור בקלות על ידי החלה בטכניקת סרט דק פולימרים כדי למזער את ההעלאה באמצעות כוונון עובי הסרט (איור 1b).

למרות טכניקת התפר זקוק עובש אמן שהוגדר עבור הרחבה, זה פשוט ובמחיר סביר לעומת טכניקות אחרות כגון ליתוגרפיה צעד-ו-Flash ו lithogra nanoimprinting רול ל-רולPHY. טכניקת התפר דורשת רק צלחות חמות בצורה של הפעלת כוחות דחיסה במהלך תהליכי תפרי nanoimprinting, אבל לא ציוד יקר. יתר על כן, תהליך התפר יכול להתנהל בסביבה נקיה, אבל לא בהכרח בתוך חדר נקי.

טכניקת התפר הוא גם תכליתית. בנוסף הרחבת nanopattern זהה שטח גדול, טכניקת התפר ניתן ליישם עבור התבניות מורכבות תכונות מייקרו ו / או בקנה מידה ננומטרי של צורות, מידות והסדרים שונות. כדי בהקשר זה, ספרייה הקומבינטורית של nanotopographies מיקרו / ניתן לבנות לספק פלטפורמת תפוקה גבוהה עבור לחקור אינטראקציות תא-טופוגרפיה. טכניקת תפר פשוט, זולה ו צדדית זה יכול להתארך פוטנציאל ליצור התקני מייקרו / ננו עם רכיבים היברידיים.

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 גיליון 118 Nanopattern טכניקה תפר ליתוגרפיה אלומת אלקטרונים ליתוגרפיה רך ליתוגרפיה nanoimprinting אפנון התא polydimethylsiloxane פוליסטירן
הרחבת טכניקת תפר באמצעות מצעי nanopatterned עבור Nanotopographical אפנון של התנהגות תא
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