Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

توسيع Nanopatterned ركائز باستخدام تقنية غرزة لNanotopographical التحوير سلوك الخلية

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

1. تكرار PDMS قوالب من العفن EBL

  1. صنع قالب السيليكون 29
    1. معطف تدور 200 ميكرولتر ميتاكريلات (PMMA) حل على ركيزة 1 × 1 سم السيليكون (سي) في 2500 دورة في الدقيقة لمدة 1 دقيقة لتشكيل طبقة رقيقة.
    2. خبز الفيلم PMMA على الركيزة سي على حرارة 180 درجة مئوية لمدة 2 دقيقة.
    3. كتابة nanopattern مصممة على الفيلم PMMA باستخدام شعاع الالكترون تركيزا على جرعة مساحة 300 μC / سم 2.
    4. تطوير nanopattern PMMA في مطور لمدة 80 ثانية.
    5. إيداع nanopattern PMMA مع طبقة النيكل من 50 نانومتر في السمك باستخدام المبخر شعاع E في الجهد الناتج من 10 كيلو فولت، تيار الانبعاث من 0.5 مللي أمبير ومعدل ترسب 0.5 Å / ثانية.
    6. رفع قبالة الجزء PMMA في 20 مل مزيل في 80 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة.
    7. رد الفعل حفر أيون (ري) في nanopattern إلى الركيزة سي للحصول على قالب سي للعمق المطلوب.
      ملاحظة: خليط الغاز من tetrيستخدم afluoromethane (CF 4) / الأكسجين (O 2) (90٪ / 10٪) عند قوة إضافة بالحث البلازما (ICP) 400 قوة W و ري 150 W لحفر سي الركيزة على عمق 560 نانومتر.
  2. Silanize سي العفن
    1. وضع ساترة الزجاج والعفن سي في 100 مم طبق بيتري PS ونقلها في مجفف الزجاج الموجود في غطاء الدخان.
    2. إسقاط 10 1H ميكرولتر، 1H، 2H، 2H-Perfluorooctyltrichlorosilane على ساترة.
      تحذير: 1H، 1H، 2H، 2H-Perfluorooctyltrichlorosilane قد يسبب تآكل الجلد وتلفا للعين جدي. ارتداء معدات الوقاية الشخصية المناسبة (PPE).
    3. تغطية طبق بيتري جزئيا.
    4. إبقاء المجفف في ظل فراغ لمدة 5 ساعة في غطاء الدخان لاستكمال silanization من العفن سي.
  3. إعداد PDMS prepolymer
    1. وزن 10 غ الراتنج PDMS و 1.05 غرام كيل علاج في قارب وزنها المتاح.
    2. خلط prepolymer PDMS بدقة باستخدام ملعقة بلاستيكية.
    3. ديغا وprepolymer PDMS في مجفف البلاستيك في ظل فراغ لمدة 20 دقيقة حتى لوحظ خليط اضح.
  4. تكرار القوالب PDMS
    1. وضع القالب سي silanized في 60 مم طبق بيتري.
    2. صب prepolymer PDMS على القالب سي في طبق بيتري.
    3. وضع طبق بتري في مجفف البلاستيك وديغا لمدة 10 دقيقة حتى تختفي جميع الفقاعات.
    4. نقل طبق بيتري على موقد وعلاج prepolymer PDMS عند 70 درجة مئوية لمدة 4 ساعات.
    5. تقشر العفن PDMS من العفن سي بعناية باستخدام الملقط.
      ويمكن تخزين قوالب PDMS في الظروف المحيطة لمدة تصل إلى أسبوع واحد: ملاحظة. بعد المعالجة، وهناك بعض جزيئات الراتنج PDMS uncrosslinked وكيل علاج المتبقية في قوالب PDMS 30. فإن انخفاض الجزيئات الوزن الجزيئي منتشر تدريجيا وتتراكم على السطح مع مرور الوقت. وهذا يؤثر على الخصائص الطبوغرافية والميكانيكية للسطح PDMS 31. وDIFالانصهار ليس كبيرا خلال أسبوع واحد.

2. خياطة من PDMS قوالب في، قالب واحد كبير

  1. إعداد قوالب متعددة PDMS بتكرار الخطوة 1.4.
    ملاحظة: زن نفس الكمية من PDMS الخليط في كل مرة للحصول على قوالب PDMS من نفس السمك.
  2. تحديد اتجاه متباين الخواص PDMS nanopatterns مثل nanogratings تحت المجهر الضوئي وعلامة على مساعدات من قوالب PDMS مع القلم علامة.
    ملاحظة: ليس من الضروري بمناسبة توجه nanotopography الخواص مثل عمود نانوي.
  3. تنظيف الركيزة سي مع الإيثانول في غطاء الدخان وجففه بالهواء المضغوط.
  4. تقليم قبالة المناطق unpatterned من كل قالب PDMS بشفرة.
    ملاحظة: للحصول على قوالب PDMS التي سيتم وضعها في محيط القالب مخيط، وينبغي تقليص فقط المناطق unpatterned في الاتصال مع الآخرين خارج.
  5. مكان القالب PDMS قلص مع nanopattern وجها لأسفل علىالجانب مرآة الركيزة سي ثم محاذاة قوالب أخرى قريبة ولكن ليس لمس العفن المحيطة بها (ق).
  6. إعداد طبقة لاصقة PDMS
    1. يلقي 1 غرام نزع الغاز PDMS prepolymer (راتنج PDMS وعلاج نسبة الوكيل: 10: 1،05) على شريحة زجاجية نظيفة (7.5 سم × 2.5 سم) لتشكيل 0.5 ملم طبقة سميكة.
    2. خبز طبقة PDMS في 100 درجة مئوية على موقد لمدة 3-5 دقيقة. استخدام إبرة للمس طبقة والتأكد من أن طبقة جزئيا ولكن لا يمكن الشفاء منه تماما.
      ملاحظة: PDMS شفي جزئيا لا يمكن أن تتدفق مثل prepolymer PDMS غير مخمر، وإنما هو لزجة مقارنة مع PDMS الشفاء.
  7. وضع طبقة PDMS على مساعدات من قوالب PDMS الانحياز وبسرعة عكس هذه الجمعية وتحويلها إلى موقد.
  8. تطبيق قوة ضاغطة (5 كيلو باسكال) باستخدام كتلة معدنية على رأس التجمع لضمان اتصال جيد بين طبقة لاصقة PDMS ومساعدات من قوالب PDMS، وعلاج PDMS طبقة لاصقة عند 100 درجة مئوية لمدة 1 ساعة. <ر /> ملاحظة: بعناية ضبط الموقف من كتلة معدنية لتجنب الميل للجمعية.
  9. إزالة كتلة معدنية وتقشر واحد، مخيط العفن PDMS من الركيزة سي.

3. الجيل من القالب الرئيسي على PS ركائز

ملاحظة: PDMS العفن مخيط ثبتوا على شريحة زجاجية يمكن استخدامها لتوليد القالب الرئيسي على لوحة PS أو PS رقيقة، والتي يمكن أن تنتج ركائز nanopatterned العمل.

  1. توليد القالب الرئيسي على لوحة PS
    1. إعداد لوحة PS
      1. تجفيف حبيبات PS في فرن فراغ في 80 درجة مئوية لمدة يومين.
      2. سخن على آلة الصحافة في 230 درجة مئوية.
      3. تجميع لوحة الألومنيوم، ورقة (PTFE) تترافلوروإيثيلين ومن الالومنيوم في أمر من أسفل إلى أعلى.
      4. تحميل 3.5 ز الكريات PS في فاصل الألومنيوم مع افتتاح مربع من 3 سم (L) × 3 سم (W) × 0.3 سم (H).
        ملاحظة: وهل هو حوالي 0.1 سم سمكا من القوالب PDMS، وبالتالي النهائية الركيزة nanopatterned PS حوالي 0.1 سم سميكة.
      5. وضع ورقة أخرى PTFE ثم لوحة الألومنيوم آخر على من الالومنيوم.
      6. وضع التجميع في الصحافة الآلة.
      7. سخن الكريات PS في 230 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
      8. تطبيق الضغط الضغط (0.1 ميجا باسكال) على التجميع لمدة 5 دقائق.
      9. الافراج عن الضغط ومن ثم تطبيق الضغط الضغط من 0.5 ميجا باسكال على التجميع.
      10. يتم التوصل كرر الخطوة 3.1.1.9 مع زيادة الضغط من 0.5 ميجا باسكال حتى الضغط مرغوب فيه من 1.5 ميجا باسكال.
      11. إيقاف تشغيل سخان للآلة الصحافة وتبريده إلى ما دون 70 درجة مئوية تحت ضغط مستمر من 1.5 ميجا باسكال.
      12. تتخذ الجمعية من وتخزين لوحة PS في فرن فراغ في 80 درجة مئوية لمنع الرطوبة من الدخول مجددا في لوحة PS.
    2. Nanoimprint القالب PDMS مخيط في لوحة PS
      1. وضع لوحة PS في من الالومنيومتعيين على 3 بوصة سي رقاقة.
        ملاحظة: الأبعاد الداخلية للهل هي نفس تلك من لوحة PS حتى لوحة PS يناسب الحق في الفاصل.
      2. تسخين لوحة PS على موقد في 250 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
      3. وضع القالب PDMS مخيط مع nanopatterns وجها لأسفل على لوحة PS المنصهرة.
        ملاحظة: جانب واحد من العفن PDMS يتم وضع في اتصال مع سطح لوحة PS أولا ويتم إنزال جانب آخر تدريجيا في اتصال مع سطح PS لتجنب تشكيل فقاعات الهواء في الواجهة.
        تحذير: سطح موقد ساخن. ارتداء thermogloves خلال عملية nanoimprinting.
      4. وضع لوحة الألومنيوم على شريحة زجاجية من العفن PDMS مخيط.
      5. تطبيق الضغط الضغط (12.5 كيلو باسكال) باستخدام كتل معدنية على لوحة الألومنيوم والانتظار لمدة 3 دقائق.
        ملاحظة: تأكد من أن لوحة الألومنيوم لا يميل.
      6. رفع واستبدال كتلة معدنية من لوحة الألومنيوم، وأناncrease الضغط الضغط إلى 25 كيلو باسكال.
      7. ارتفعت كرر الخطوة 3.1.2.6 مع الضغط إلى 50 كيلو باسكال.
        ملاحظة: هذه الخطوة هي لإزالة الهواء المحبوس بين القالب PDMS ولوحة PS.
      8. الحفاظ على درجة حرارة موقد بين 240 و 250 درجة مئوية تحت ضغط ثابت من 50 كيلو باسكال لمدة 15 دقيقة.
      9. إيقاف تشغيل موقد وتهدئة الإعداد كله.
        ملاحظة: مروحة يمكن استخدامها لتسريع عملية التبريد.
      10. إزالة كتل معدنية بعد درجة حرارة أقل من 50 درجة مئوية، وبعناية تقشر العفن PDMS مخيط من لوحة PS.
        ملاحظة: الركيزة PS لديه nanopatterns العكسي، ويمكن استخدامها بمثابة القالب الرئيسي لإنتاج PDMS العمل ركائز.
  2. توليد القالب الرئيسي في فيلم PS رقيقة
    1. إعداد فيلم PS رقيقة
      1. حل 1 غرام PS في 10 مل التولوين في غطاء الدخان.
        تحذير: التولوين يمكن أن يسبب irritatio الجلدن والأضرار التي تصيب العين خطيرة، ويمكن أن يسبب تلفا للأعضاء من خلال التعرض لفترات طويلة أو متكررة. ارتداء معدات الوقاية الشخصية المناسبة.
      2. تدور معطف 1 مل من محلول PS على 2 في الرقاقة عند 2500 دورة في الدقيقة لمدة 1 دقيقة لتشكيل ~ 1 ميكرون PS سميكة رقيقة.
      3. تتبخر التولوين من الفيلم عن طريق إعداد فيلم PS على سي رقاقة في غطاء الدخان لمدة 3 أيام.
      4. يصلب فيلم PS رقيقة في فرن فراغ في 80 درجة مئوية خلال الليل.
    2. Nanoimprint القالب PDMS على فيلم PS رقيقة
      1. وضع القالب PDMS مخيط مع nanotopography وجها لأسفل على طبقة رقيقة PS، التي تم تعيينها على موقد.
      2. تطبيق الضغط الضغط من 12 كيلو باسكال على القالب PDMS باستخدام كتل معدنية على الجانب الزجاج من العفن PDMS.
      3. زيادة درجة حرارة موقد إلى 180 درجة مئوية، والحفاظ عليه لمدة 15 دقيقة.
        تحذير: الفيلم PS الذائبة يمكن أن تكون بمثابة مواد التشحيم. إيلاء الاهتمام لمنع القطع المعدنية من انزلاق.
      4. إيقاف تشغيل موقدوتهدئة الإعداد كله.
        ملاحظة: مروحة يمكن استخدامها لتسريع عملية التبريد.
      5. إزالة كتل معدنية بعد تنخفض درجة الحرارة أقل من 50 درجة مئوية، وبعناية تقشر العفن PDMS مخيط من فيلم PS.
        ملاحظة: الفيلم nanopatterned PS بمثابة القالب الرئيسي لإنتاج ركائز PDMS العمل.

4. Nanotopographical التحوير سلوك الخلية

ملاحظة: الخلايا الظهارية البشرية يتم تربيتها على nanotopographies ممثل لإظهار تعديل nanotopographical نشر الخلية.

  1. يلقي ركائز العمل PDMS من القالب الرئيسي ولدت من أي 3.1 الخطوة أو 3.2 اعتمادا على التطبيق.
  2. باستخدام جوفاء لكمة قوس الصلب، وقطع PDMS ركائز nanopatterned إلى أقراص لتتناسب مع تكوين لوحة متعددة جيدا محددة (على سبيل المثال، 24-جيدا لوحة).
  3. استخدام ملاقط لوضع أقراص PDMS في الآبار ساتحاد كرة القدم متعددة جيدا لوحة.
  4. تعقيم ركائز PDMS باستخدام الايثانول 70٪ ومن ثم التعرض للأشعة فوق البنفسجية، ولكل لمدة 30 دقيقة.
  5. غسل PDMS ركائز مع 1X الفوسفات العقيمة مخزنة المالحة (PBS) ثلاث مرات.
  6. معطف PDMS ركائز مع بروتين المصفوفة خارج الخلية (أي 20 ميكروغرام / مل فبرونيكتين) لمدة 30 دقيقة في درجة حرارة الغرفة.
  7. شطف PDMS ركائز ثلاث مرات مع برنامج تلفزيوني العقيمة، كل لمدة 5 دقائق.
  8. تعليق الإنسان خلية سرطان الرئة A549 في المتوسط ​​النسر تعديل Dulbecco ومع 10٪ مصل بقري جنيني وعدد الخلايا باستخدام عدادة الكريات.
  9. لوحة الخلايا في مناطق ذات كثافة البذر من 2000 خلية / سم 2 على ركائز والثقافة لهم PDMS عند 37 درجة مئوية في جو مرطب يحتوي على 5٪ CO 2 ليوم واحد.
  10. غسل الخلايا مع برنامج تلفزيوني ثلاث مرات.
  11. إصلاح الخلايا في خليط من 4٪ لامتصاص العرق، و 2٪ غلوتارالدهيد في برنامج تلفزيوني لمدة 4 ساعات ويذوى الخلايا باستخدام CO 2 ص حرجةمجفف كثافة لمسح الإلكترونية الملاحظة المجهرية 29.
    تحذير: لامتصاص العرق وغلوتارالدهيد قد يسبب حروقا جلدية شديدة والأضرار التي تصيب العين. العمل في غطاء الكيميائية وارتداء معدات الوقاية الشخصية المناسبة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تقنية غرزة يمكن أن يولد مساحة واسعة من ركائز nanopatterned مع الدقة العالية. الشكل 1A 1B وعرض مساحة كبيرة من nanopatterns نقلها من العفن PDMS مخيط لوحة PS و PS طبقة رقيقة على ركيزة سي، على التوالي. المقارنة بين الأصلي والعفن مكتوبة EBL (الشكل 1C) وPDMS العمل النهائية الركيزة (1D الشكل) تؤكد أن nanopatterns مكتوبة EBL-يمكن نقلها بأمانة إلى الركيزة العمل. Nanotopography من مختلف الهندسة والأبعاد يمكن استخدامها لتعديل سلوك الخلية. كما هو موضح في الشكل رقم 2 مع A549، وهي القاعدية خط الخلايا الظهارية adenocarcinomic كخلايا نموذج، يمكن للnanogratings متباين الخواص استطال الخلايا على طول اتجاه nanograting مقارنة مع التشكل المتعدد الأقطاب الذي تعرض خلايا A549 على عمود نانوي الخواص.

الإقليم الشمالي "FO: المحافظة على together.within الصفحات =" 1 "> شكل 1
الشكل 1. جيل من مساحة واسعة من ركائز nanopatterned باستخدام تقنية غرزة. (أ، ب) الصور الضوئية للnanopatterns نقلها إلى لوحة PS و PS رقيقة، على التوالي. تشير الأسهم إلى رفع البوليمر في الفجوات من القوالب PDMS مخيط. (ج، د) الصور SEM من nanopatterns في قالب EBL وPDMS النهائية الركيزة العمل، على التوالي. القضبان على نطاق وهي 1 ميكرون. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2. Nanotopographical التضمين خلية انتشار خلايا A549. (أ) nanogratings من 500 نانومتر في عرض الخط، 500 نانومتر في تباعد و 560 نانومتر في الطول و (ب) عمود نانوي من 500 نانومتر في القطر، 450 نانومتر في تباعد من الحافة إلى الحافة و 560 نانومتر في ارتفاع ، على التوالي. القضبان على نطاق وهي 10 ميكرون. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

نقدم طريقة بسيطة، وبأسعار معقولة، ولكن تنوعا لتوليد مساحة كبيرة من الركيزة nanopatterned. لتوسيع بأمانة nanopatterns محددة للغاية، وينبغي إيلاء اهتمام كبير لعدة خطوات حاسمة. أول واحد هو تقليم قوالب PDMS متعددة. يجب إزالة المناطق Unpatterned من القوالب PDMS. بالإضافة إلى ذلك، الجدران الجانبية من القوالب يجب أن تقطع عموديا المثالي قدر الإمكان لتقليل الفجوات بين القوالب. بشكل جماعي، وجزء من مناطق unpatterned في قالب غرزة النهائي يمكن تخفيض. ثانيا، على سطح nanopatterned من هذه القوالب PDMS يحتاج إلى الانحياز من دون أي تحريف في الركيزة السيليكون. لأن النانو PDMS عرضة للتشوه، فمن الأهمية بمكان لوضع الأسطح nanopatterned ضد الجانب مرآة الركيزة السيليكون بلطف وبشكل متساو (تجنب احتباس الهواء بين القالب PDMS وسطح السيليكون). سيتم محاذاة قوالب PDMS في أقرب وقت ممكن، ولكن ليس لمس نيىghboring قوالب لمزيد من تقليل الجزء unpatterned من العفن غرزة النهائي. وإلا فإن النانو تطرق تشوه خلال nanoimprinting. ثالثا، سمك قوالب PDMS قد تختلف من دفعة لدفعة، وبالتالي فمن الأهمية بمكان لجعل الزي سمك بالإضافة إلى جعل سمك كل قالب موحد من التسوية القالب سي صغير تماما قبل PDMS الصب. وعلى الرغم من الاختلاف في سماكة عبر قوالب PDMS يمكن تعويضه عن طريق ضبط سمك PDMS prepolymer (لاصق) طبقة يلقي على شريحة زجاجية، يمكن أن طبقة سميكة prepolymer يكون مشكلة. قد يتم سحب prepolymer من خلال الفجوات بين القوالب PDMS إلى السطح المزخرف من قبل القوة الشعرية، وبالتالي تلف nanopatterns. تباين سمك يمكن التقليل من خلال إعداد نفس الكمية من PDMS خليط عندما صب من العفن EBL. ونتيجة لذلك، رقيقة PDMS طبقة prepolymer يمكن استخدامها. بدلا من ذلك، وعلاج جزئيا prepolymeوطبقة ص زيادة اللزوجة، وبالتالي الحد من زيادة وفي النهاية القضاء على الضرر المحتمل من الأسطح nanopatterned.

تقنية غرزة محدودة بسبب طبيعة المرنة من PDMS. على الرغم من الطباعة الحجرية الناعمة تم تطبيقه على تكرار أحجام ميزة صغيرة مثل 2 نانومتر 32 و، من حيث المبدأ، يمكن أن تصل إلى دقة أقل من 0.5 نانومتر 18، وملامح PDMS النانو لا يمكن تكرارها لا تشوبه شائبة عند الجانب نسبة الارتفاع إلى العرض هي أيضا عالية (> 2) أو منخفضة جدا (<0.2). قد تنهار في nanofeatures عند نسبة الارتفاع مرتفعة جدا، أو يؤدي إلى عدم كفاية الإغاثة عند استخدام الطوابع PDMS من <0.2 نسبة 33. وعلاوة على ذلك، وقوالب متعددة PDMS لا يمكن مخيط بسلاسة بسبب الفجوات والتشذيب ناقصة من القوالب PDMS، وبالتالي هناك مناطق unpatterned والمنحرفة (ولا سيما بالنسبة للnanopatterns المستمر مثل nanogratings). ونظرا لنسبة صغيرة من انشقمساحة تزيد عن المساحة الإجمالية، وتقنية غرزة لا يزال يوفر وسيلة بسيطة ومعقولة التكلفة لإنتاج مساحة واسعة من ركائز nanopatterned. وبالإضافة إلى ذلك، عندما يتم nanoimprinted القالب مخيط إلى الركيزة البوليمر، قد تتدفق البوليمر المنصهر في فرجة، مما أدى إلى استواء السطح (الشكل 1A). سطح متفاوتة يجعل صعوبة في جمع عينات للتحاليل البيولوجية الخلوية أو الجزيئية. في تطبيقات ميكروفلويديك، يتسبب في زيادة أيضا ختم ناقصة عندما مختومة microchannels ضد الركيزة المزخرفة. يمكن بسهولة أن تحل المشكلة سطح غير مستو عن طريق تطبيق البوليمر تقنية رقيقة للحد من الزيادة من خلال ضبط سماكة الفيلم (الشكل 1B).

على الرغم من أن تقنية غرزة يحتاج إلى القالب الرئيسي المحدد للتوسع، فهي بسيطة وبأسعار معقولة مقارنة مع التقنيات الأخرى مثل الطباعة الحجرية خطوة وفلاش وnanoimprinting lithogra لفة إلى لفةفيز. تتطلب تقنية غرزة فقط وحات الساخنة وسيلة لممارسة الضغط القوات أثناء عمليات خياطة وnanoimprinting، ولكن ليس معدات باهظة الثمن. وعلاوة على ذلك، فإن عملية غرزة يمكن أن تجرى في بيئة نظيفة، ولكن ليس بالضرورة في غرف الأبحاث.

تقنية غرزة هو أيضا تنوعا. وبالإضافة إلى توسيع وnanopattern مماثلة لمساحة كبيرة، ويمكن تطبيق هذه التقنية غرزة لقوالب تتكون من الجزئي و / أو النانو ملامح من مختلف الأشكال والأبعاد والترتيبات. في هذا الصدد، مكتبة توفيقية من الصغرى / nanotopographies يمكن أن يبنى على توفير منصة عالية الإنتاجية للتحقيق في التفاعلات خلية التضاريس. من المحتمل أن يتم تمديد هذه التقنية غرزة بسيطة ومعقولة التكلفة وتنوعا في ابتكار أجهزة متناهية الصغر / النانو مع المكونات الهجينة.

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

الهندسة الحيوية، العدد 118، Nanopattern، تقنية غرزة، شعاع الالكترون الطباعة الحجرية، والطباعة الحجرية الناعمة، nanoimprinting الطباعة الحجرية، تعديل الخلية، ثنائي ميثيل بولي سيلوكسان، البوليسترين
توسيع Nanopatterned ركائز باستخدام تقنية غرزة لNanotopographical التحوير سلوك الخلية
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