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Bioengineering

सेल व्यवहार की Nanotopographical मॉड्यूलेशन के लिए nanopatterned substrates का उपयोग सिलाई तकनीक का विस्तार

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

एक EBL मोल्ड से PDMS Molds के 1. प्रतिकृति

  1. सिलिकॉन मोल्ड बनाना 29
    1. स्पिन कोट 200 μl polymethyl methacrylate (PMMA) 1 मिनट के लिए 2500 rpm पर एक 1 × 1 सेमी सिलिकॉन (Si) सब्सट्रेट पर समाधान के लिए एक पतली फिल्म के रूप में।
    2. 2 मिनट के लिए 180 डिग्री सेल्सियस पर सी सब्सट्रेट पर PMMA फिल्म बनाओ।
    3. 300 μC / 2 सेमी के एक क्षेत्र खुराक पर ध्यान केंद्रित इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग करके PMMA फिल्म पर बनाया गया nanopattern लिखें।
    4. 80 सेकंड के लिए डेवलपर में PMMA nanopattern का विकास करना।
    5. मोटाई में 50 एनएम के एक निकल परत 10 केवी, 0.5 मा के उत्सर्जन वर्तमान और 0.5 ए / सेकंड की जमा दर के एक निर्गम वोल्टेज पर एक ई-बीम बाष्पीकरण का उपयोग कर के साथ PMMA nanopattern जमा।
    6. 20 मिनट के लिए 80 डिग्री सेल्सियस पर 20 मिलीलीटर पदच्युत में PMMA हिस्सा लिफ्ट बंद।
    7. प्रतिक्रियाशील आयन खोदना (आर.आई.ई.) सी सब्सट्रेट में nanopattern वांछित गहराई का एक सी ढालना पाने के लिए।
      नोट: tetr की गैस मिश्रणafluoromethane (सीएफ 4) / ऑक्सीजन (ओ 2) (90% / 10%) 150 W 400 डब्ल्यू और आर.आई.ई. शक्ति का एक उपपादन द्वारा मिलकर प्लाज्मा (आईसीपी) सत्ता पर 560 एनएम की गहराई तक सी सब्सट्रेट खोदना करने के लिए प्रयोग किया जाता है।
  2. Silanize सी ढालना
    1. एक 100 मिमी पी एस पेट्री डिश में एक गिलास coverslip और सी ढालना रखो और उन्हें एक गिलास एक धूआं हुड में स्थित desiccator में हस्तांतरण।
    2. 10 μl 1H, 1h, 2H, 2H-Perfluorooctyltrichlorosilane गिरा coverslip पर।
      सावधानी: 1H, 1h, 2H, 2H-Perfluorooctyltrichlorosilane त्वचा जंग और गंभीर आंख नुकसान का कारण बन सकता है। उपयुक्त व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण (पीपीई) पहनें।
    3. पेट्री डिश आंशिक रूप से ढक दें।
    4. सी मोल्ड के silanization पूरा करने के लिए एक धूआं हुड में 5 घंटे के लिए वैक्यूम के अंतर्गत desiccator रखें।
  3. PDMS prepolymer तैयार
    1. एक डिस्पोजेबल वजन नाव में 10 ग्राम PDMS राल और 1.05 ग्राम इलाज एजेंट वजन।
    2. एक प्लास्टिक के चम्मच का उपयोग करके अच्छी तरह से PDMS prepolymer मिक्स।
    3. लगभग 20 मिनट के लिए वैक्यूम के तहत एक प्लास्टिक desiccator में PDMS prepolymer देगास तक एक स्पष्ट मिश्रण मनाया जाता है।
  4. PDMS नए नए साँचे को दोहराने
    1. एक 60 मिमी पेट्री डिश में silanized सी ढालना रखो।
    2. पेट्री डिश में सी मोल्ड पर PDMS prepolymer डालो।
    3. एक प्लास्टिक desiccator और देगास में पेट्री डिश के बारे में 10 मिनट के लिए जगह तक सभी बुलबुले गायब हो जाते हैं।
    4. एक hotplate के लिए पेट्री डिश स्थानांतरण और 4 घंटे के लिए 70 डिग्री सेल्सियस पर PDMS prepolymer इलाज।
    5. ध्यान से चिमटी का उपयोग करके सी मोल्ड से PDMS मोल्ड दूर छील।
      नोट: PDMS नए नए साँचे एक सप्ताह तक के लिए परिवेश की स्थिति में संग्रहित किया जा सकता है। इलाज करने के बाद, वहाँ कुछ uncrosslinked PDMS राल अणुओं और PDMS नए नए साँचे 30 में अवशिष्ट इलाज एजेंट कर रहे हैं। कम आणविक भार अणुओं को धीरे-धीरे बाहर फैलाना और समय के साथ सतह पर जमा करेंगे। इस PDMS सतह 31 के स्थलाकृतिक और यांत्रिक गुणों को प्रभावित करता है। अलगसंलयन एक सप्ताह के भीतर महत्वपूर्ण नहीं है।

एक बड़े, एकल मोल्ड में PDMS Molds के 2. सिलाई

  1. 1.4 चरण दोहरा द्वारा कई PDMS नए नए साँचे तैयार करें।
    नोट: PDMS मिश्रण का एक ही राशि के लिए हर बार एक ही मोटाई के PDMS नए नए साँचे प्राप्त करने के लिए वजन।
  2. इस तरह के एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के तहत nanogratings के रूप में anisotropic PDMS nanopatterns के उन्मुखीकरण का निर्धारण और एक मार्कर पेन के साथ PDMS नए नए साँचे की पीठ पर यह निशान।
    नोट: यह ऐसी nanopillars के रूप में isotropic nanotopography के उन्मुखीकरण चिह्नित करने के लिए आवश्यक नहीं है।
  3. एक धूआं हुड में इथेनॉल के साथ एक सी सब्सट्रेट साफ और संपीड़ित हवा के साथ सूखी।
  4. एक ब्लेड के साथ प्रत्येक PDMS मोल्ड के unpatterned क्षेत्रों बंद ट्रिम।
    नोट: PDMS नए नए साँचे कि सिले ढालना की परिधि में रखा जाएगा के लिए, केवल दूसरों के साथ संपर्क में unpatterned क्षेत्रों से छंटनी की जानी चाहिए।
  5. nanopattern पर चेहरा नीचे के साथ छंटनी PDMS मोल्ड रखेंसी सब्सट्रेट का दर्पण पक्ष और उसके बाद के करीब लेकिन छू आसपास मोल्ड (s) नहीं अन्य molds संरेखित।
  6. एक PDMS चिपकने वाली परत तैयार करें
    1. कास्ट 1 ग्राम PDMS prepolymer (PDMS राल और इलाज एजेंट अनुपात 1.05: 10) degassed एक साफ कांच स्लाइड (× 2.5 सेमी 7.5 सेमी) पर एक 0.5 मिमी मोटी परत के रूप में।
    2. 3-5 मिनट के लिए एक hotplate पर 100 डिग्री सेल्सियस पर PDMS परत बनाओ। परत स्पर्श करें और सुनिश्चित करें कि परत आंशिक रूप से नहीं, बल्कि पूरी तरह से ठीक है के लिए एक सुई का प्रयोग करें।
      नोट: आंशिक रूप से ठीक PDMS uncured PDMS prepolymer की तरह प्रवाह नहीं कर सकते, लेकिन यह ठीक PDMS के साथ तुलना में चिपचिपा है।
  7. गठबंधन PDMS नए नए साँचे की पीठ पर PDMS परत रखें और जल्दी से इस विधानसभा पलटना और hotplate को हस्तांतरण।
  8. एक दबाने बल (5 किलो पास्कल) लागू विधानसभा के शीर्ष पर एक धातु ब्लॉक का उपयोग PDMS चिपकने वाली परत और PDMS नए नए साँचे की पीठ के बीच एक अच्छा संपर्क सुनिश्चित करने, और PDMS 1 घंटे के लिए 100 डिग्री सेल्सियस पर चिपकने वाली परत का इलाज करने के लिए। <br /> नोट: ध्यान से धातु ब्लॉक की स्थिति विधानसभा के झुकाव से बचने के लिए समायोजित करें।
  9. धातु ब्लॉक निकालें और सी सब्सट्रेट से एकल, सिले PDMS मोल्ड दूर छील।

3. पी एस Substrates पर एक मास्टर मोल्ड की पीढ़ी

नोट: सिले PDMS मोल्ड एक गिलास स्लाइड पर स्थिर एक पी एस प्लेट या एक पी एस पतली फिल्म है, जिसमें से काम कर nanopatterned substrates का उत्पादन किया जा सकता है पर एक मास्टर मोल्ड उत्पन्न करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

  1. एक पी एस थाली पर एक मास्टर मोल्ड उत्पन्न
    1. एक पी एस थाली तैयार
      1. दो दिनों के लिए 80 डिग्री सेल्सियस पर एक वैक्यूम ओवन में पी एस छर्रों सूखी।
      2. 230 डिग्री सेल्सियस पर एक प्रेस मशीन पहले से गरम।
      3. नीचे से ऊपर एक आदेश में एक एल्यूमीनियम थाली, एक polytetrafluoroethylene (PTFE) चादर और एल्यूमीनियम स्पेसर इकट्ठा करो।
      4. 3 सेमी (एल) × 3 सेमी (डब्ल्यू) × 0.3 सेमी (एच) के एक वर्ग खोलने के साथ एल्यूमीनियम स्पेसर में लोड 3.5 जी पी एस छर्रों।
        ध्यान दें: स्पेसर लगभग 0 है।1 सेमी PDMS नए नए साँचे से अधिक गहरा, और इस तरह अंतिम nanopatterned पी एस सब्सट्रेट के बारे में 0.1 सेमी मोटी है।
      5. एक और PTFE शीट और एल्यूमीनियम स्पेसर पर फिर एक और एल्यूमिनियम प्लेट रखें।
      6. प्रेस मशीन में विधानसभा रखें।
      7. 30 मिनट के लिए 230 डिग्री सेल्सियस पर पी एस छर्रों पहले से गरम।
      8. 5 मिनट के लिए विधानसभा पर एक compressive दबाव (0.1 एमपीए) को लागू करें।
      9. दबाव जारी है और उसके बाद विधानसभा पर 0.5 एमपीए की एक दबाने दबाव पुन: लागू।
      10. 1.5 एमपीए की वांछनीय दबाव तक 0.5 एमपीए के दबाव वृद्धि के साथ दोहराएँ चरण 3.1.1.9 पहुँच जाता है।
      11. प्रेस मशीन के हीटर बंद कर दें और 1.5 एमपीए की एक निरंतर दबाव पर 70 डिग्री सेल्सियस से नीचे इसे शांत।
      12. विधानसभा के बाहर ले लो और पी एस प्लेट फिर से प्रवेश करने से नमी को रोकने के लिए 80 डिग्री सेल्सियस पर एक वैक्यूम ओवन में पीएस प्लेट की दुकान।
    2. पुनश्च थाली में nanoimprint सिले PDMS मोल्ड
      1. एक एल्यूमीनियम स्पेसर में पीएस प्लेट की जगहएक 3 इंच सी वेफर पर निर्धारित किया है।
        नोट: स्पेसर के भीतरी आयामों पीएस प्लेट के उन लोगों के रूप में ही हैं इसलिए पीएस प्लेट सही स्पेसर में फिट बैठता है।
      2. 30 मिनट के लिए 250 डिग्री सेल्सियस पर एक hotplate पर पीएस प्लेट हीट।
      3. साथ पिघला हुआ पीएस प्लेट पर nanopatterns चेहरा नीचे सिले PDMS मोल्ड में डाल दिया।
        नोट: PDMS मोल्ड के एक तरफ पीएस प्लेट की सतह के पहले के साथ संपर्क में डाल दिया जाता है और एक और पक्ष इंटरफेस में हवा के बुलबुले के गठन से बचने के पी एस सतह के साथ संपर्क में धीरे-धीरे कम है।
        सावधानी: hotplate की सतह गर्म है। nanoimprinting प्रक्रिया के दौरान thermogloves पहनें।
      4. सिले PDMS मोल्ड के गिलास स्लाइड पर एक एल्यूमीनियम प्लेट रखें।
      5. एल्यूमिनियम प्लेट पर धातु ब्लॉकों का उपयोग करके एक दबाने दबाव (12.5 किलो पास्कल) लागू करें और 3 मिनट के लिए प्रतीक्षा करें।
        नोट: सुनिश्चित करें कि एल्यूमिनियम प्लेट झुका नहीं है सुनिश्चित करें।
      6. लिफ्ट और एल्यूमिनियम प्लेट से धातु ब्लॉक की जगह है और मैं25 किलो पास्कल को दबाने दबाव ncrease।
      7. दबाव के साथ दोहराएँ चरण 3.1.2.6 50 किलो पास्कल की वृद्धि हुई।
        नोट: यह कदम हवा PDMS मोल्ड और पी एस प्लेट के बीच फंस दूर करने के लिए है।
      8. 15 मिनट के लिए 50 किलो पास्कल के लगातार दबाव के तहत 240 और 250 डिग्री सेल्सियस के बीच hotplate के तापमान को बनाए रखें।
      9. hotplate बंद कर दें और पूरे सेटअप शांत हो जाओ।
        ध्यान दें: एक प्रशंसक ठंडा करने की प्रक्रिया में तेजी लाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
      10. धातु ब्लॉक निकालें के बाद तापमान 50 डिग्री सेल्सियस से नीचे है, और ध्यान से पी एस थाली से सिले PDMS मोल्ड दूर छील।
        नोट: पी एस सब्सट्रेट रिवर्स nanopatterns है और PDMS substrates काम कर निर्माण करने के लिए एक मास्टर मोल्ड के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।
  2. एक पी एस पतली फिल्म पर एक मास्टर ढालना उत्पन्न
    1. एक पी एस पतली फिल्म तैयार
      1. एक धूआं हुड में 10 मिलीलीटर टोल्यूनि में 1 जी पी एस भंग।
        सावधानी: टोल्यूनि त्वचा irritatio पैदा कर सकता हैn और गंभीर नेत्र क्षति, और लंबे समय तक या कई बार प्रदर्शन के माध्यम से अंगों को नुकसान हो सकता है। उचित पीपीई पहनें।
      2. स्पिन कोट 1 मिलीलीटर पी एस 1 मिनट के लिए 2500 rpm पर पर वेफर 2-में एक समाधान ~ 1 माइक्रोन मोटी पी एस पतली फिल्म के रूप में।
      3. 3 दिनों के लिए एक धूआं हुड में सी वेफर पर पी एस फिल्म की स्थापना करके फिल्म से टोल्यूनि लुप्त हो जाना।
      4. रात भर में 80 डिग्री सेल्सियस पर एक वैक्यूम ओवन में पी एस पतली फिल्म पानी रखना।
    2. Nanoimprint एक पी एस पतली फिल्म पर PDMS ढालना
      1. पुनश्च पतली फिल्म है, जो एक hotplate पर सेट किया जाता है पर nanotopography चेहरा नीचे के साथ सिले PDMS मोल्ड में डाल दिया।
      2. PDMS मोल्ड के गिलास की ओर धातु ब्लॉकों का उपयोग करके PDMS मोल्ड पर 12 किलो पास्कल की एक दबाने दबाव लागू करें।
      3. 180 डिग्री सेल्सियस के लिए hotplate के तापमान में वृद्धि और 15 मिनट के लिए इसे बनाए रखने के।
        सावधानी: पिघला हुआ पुनश्च फिल्म एक स्नेहक के रूप में कार्य कर सकते हैं। ध्यान देना बंद फिसलने से धातु खंडों को रोकने के लिए।
      4. hotplate बंद करेंऔर पूरे सेटअप शांत हो जाओ।
        ध्यान दें: एक प्रशंसक ठंडा करने की प्रक्रिया में तेजी लाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
      5. धातु ब्लॉक निकालें के बाद तापमान 50 डिग्री सेल्सियस से नीचे चला जाता है, और ध्यान से पी एस फिल्म से सिले PDMS मोल्ड दूर छील।
        नोट: nanopatterned पी एस फिल्म एक मास्टर मोल्ड PDMS substrates काम कर निर्माण करने के लिए के रूप में काम करेगा।

4. सेल व्यवहार की Nanotopographical मॉड्यूलेशन

नोट: प्रतिनिधि nanotopographies सेल के प्रसार के nanotopographical मॉडुलन प्रदर्शित करने के लिए मानव उपकला कोशिकाओं सुसंस्कृत हैं।

  1. या तो चरण 3.1 या 3.2 आवेदन के आधार पर से उत्पन्न मास्टर मोल्ड से कास्ट PDMS काम कर substrates।
  2. एक खोखले इस्पात कट्टर पंच का उपयोग, एक विशिष्ट बहु अच्छी तरह से थाली (जैसे, 24 अच्छी तरह से थाली) के विन्यास फिट करने के लिए डिस्क में nanopatterned PDMS substrates काटा।
  3. चिमटी का प्रयोग कुओं में PDMS डिस्क जगह करने की ओएफए बहु अच्छी तरह से थाली।
  4. 70% इथेनॉल और फिर यूवी जोखिम, 30 मिनट के लिए प्रत्येक का उपयोग करके PDMS substrates जीवाणुरहित।
  5. 1x बाँझ फॉस्फेट बफर खारा (पीबीएस) में तीन बार के साथ PDMS substrates धो लें।
  6. कोट कमरे के तापमान पर 30 मिनट के लिए बाह्य मैट्रिक्स प्रोटीन (यानी, 20 माइक्रोग्राम / एमएल fibronectin) के साथ PDMS substrates।
  7. 5 मिनट के लिए, प्रत्येक बाँझ पीबीएस के साथ तीन बार कुल्ला PDMS substrates।
  8. 10% भ्रूण गोजातीय सीरम के साथ Dulbecco संशोधित ईगल मध्यम में मानव फेफड़ों के कैंसर सेल A549 निलंबित और एक hemocytometer का उपयोग कोशिकाओं की गिनती।
  9. एक दिन के लिए युक्त 5% सीओ 2 एक humidified वातावरण में 37 डिग्री सेल्सियस पर PDMS substrates और उन्हें संस्कृति पर 2,000 कोशिकाओं / 2 सेमी की एक बोने घनत्व में कोशिकाओं थाली।
  10. पीबीएस तीन बार के साथ कोशिकाओं को धो लें।
  11. 4 घंटे के लिए पीबीएस में 4% paraformaldehyde और 2% glutaraldehyde का एक मिश्रण में कोशिकाओं को ठीक करें और सीओ 2 महत्वपूर्ण पीओ का उपयोग कोशिकाओं निर्जलीकरणइलेक्ट्रॉनिक सूक्ष्म अवलोकन 29 स्कैनिंग के लिए int ड्रायर।
    सावधानी: paraformaldehyde और glutaraldehyde गंभीर त्वचा जलता है और आंख नुकसान का कारण बन सकता है। एक रासायनिक हुड में काम करते हैं और उचित पीपीई पहनते हैं।

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Representative Results

सिलाई तकनीक उच्च निष्ठा के साथ nanopatterned substrates के एक बड़े क्षेत्र में उत्पन्न कर सकते हैं। चित्रा 1 ए और क्रमश: एक सी सब्सट्रेट पर पीएस प्लेट और पी एस पतली फिल्म के लिए सिले PDMS मोल्ड से स्थानांतरित nanopatterns के बड़े क्षेत्र प्रदर्शित -1 बी। मूल EBL-लिखा मोल्ड (चित्रा 1 सी) और अंतिम काम सब्सट्रेट (चित्रा -1) PDMS के बीच तुलना की पुष्टि करता है कि EBL-लिखा nanopatterns ईमानदारी से काम कर सब्सट्रेट करने के लिए हस्तांतरित किया जा सकता है। विभिन्न ज्यामिति और आयाम की Nanotopography सेल व्यवहार मिलाना के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। जैसा कि A549 के साथ चित्रा 2 में प्रदर्शन किया, मॉडल कोशिकाओं के रूप में एक adenocarcinomic बेसल उपकला कोशिका लाइन, anisotropic nanogratings कोशिकाओं nanograting दिशा बहुध्रुवीय आकृति विज्ञान कि A549 कोशिकाओं isotropic nanopillars पर प्रदर्शन के साथ तुलना के साथ बढ़ाना कर सकते हैं।

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सिलाई तकनीक का उपयोग कर nanopatterned substrates के एक बड़े क्षेत्र का आंकड़ा 1. पीढ़ी। (क, ख) nanopatterns पीएस प्लेट और पी एस पतली फिल्म, क्रमशः को हस्तांतरित की ऑप्टिकल छवियों। तीर सिले PDMS नए नए साँचे के interstices में बहुलक उठाने का संकेत मिलता है। (ग, घ) EBL ढालना और अंतिम क्रमशः सब्सट्रेट काम कर रहे, PDMS पर nanopatterns के SEM छवियों। स्केल सलाखों 1 माइक्रोन कर रहे हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2. Nanotopographical A549 कोशिकाओं के प्रसार संग्राहक सेल। (क) nanogratings, रिक्ति में 500 एनएम और ऊंचाई में 560 एनएम और (ख) के व्यास में 500 एनएम का nanopillars, और ऊंचाई में 560 एनएम उगाया , क्रमशः। स्केल सलाखों 10 माइक्रोन कर रहे हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

हम एक सरल, सस्ती, अभी तक बहुमुखी विधि प्रस्तुत nanopatterned सब्सट्रेट के एक बड़े क्षेत्र उत्पन्न करते हैं। ईमानदारी से अत्यधिक परिभाषित nanopatterns का विस्तार करने के लिए, महान ध्यान कई महत्वपूर्ण कदम के लिए भुगतान किया जाना चाहिए। पहले एक कई नए नए साँचे PDMS ट्रिम करने के लिए है। PDMS नए नए साँचे के unpatterned क्षेत्रों हटा दिया जाना चाहिए। इसके अतिरिक्त, नए नए साँचे के sidewalls नए नए साँचे के बीच अंतराल को कम करने के लिए खड़ी रूप में संभव के रूप में सही कटौती की जानी चाहिए। सामूहिक रूप से, अंतिम सिलाई सांचे में unpatterned क्षेत्रों के हिस्से को कम किया जा सकता है। दूसरे, इन PDMS नए नए साँचे के nanopatterned सतह सिलिकॉन सब्सट्रेट पर किसी भी विकृति के बिना गठबंधन की जरूरत है। क्योंकि PDMS nanostructures ख़राब होने का खतरा है, यह (PDMS मोल्ड और सिलिकॉन की सतह के बीच हवा फँसाने बचने के लिए) सिलिकॉन सब्सट्रेट धीरे और समान रूप का एक आईना पक्ष के खिलाफ nanopatterned सतहों जगह के लिए महत्वपूर्ण है। PDMS नए नए साँचे, लेकिन नै छू नहीं करने के लिए संभव के रूप में बंद के रूप में गठबंधन किया जाएगानए नए साँचे ghboring आगे अंतिम सिलाई मोल्ड के unpatterned हिस्से को कम से कम करने के लिए। अन्यथा, छुआ nanostructures nanoimprinting के दौरान ख़राब करना होगा। तीसरा, PDMS नए नए साँचे की मोटाई बैच बैच से भिन्न हो सकते हैं, और इस तरह यह पूरी तरह से PDMS कास्टिंग से पहले छोटी सी ढालना बराबर करके प्रत्येक ढालना वर्दी की मोटाई बनाने के अलावा मोटाई वर्दी बनाने के लिए महत्वपूर्ण है। हालांकि PDMS नए नए साँचे भर मोटाई में भिन्नता PDMS prepolymer (चिपकने वाला) की मोटाई का समायोजन करके मुआवजा दिया जा सकता परत एक गिलास स्लाइड पर डाली, एक मोटी परत prepolymer समस्याग्रस्त हो सकता है। prepolymer केशिका बल द्वारा नमूनों की सतह के लिए PDMS नए नए साँचे के बीच interstices के माध्यम से निकाला जा सकता है, और फलस्वरूप nanopatterns को नुकसान पहुंचा। मोटाई परिवर्तन जब EBL मोल्ड से कास्टिंग PDMS मिश्रण का एक ही राशि की तैयारी द्वारा कम किया जा सकता है। नतीजतन, एक पतली परत PDMS prepolymer इस्तेमाल किया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, आंशिक रूप से prepolyme इलाजआर परत इसकी चिपचिपाहट में वृद्धि होगी, और इस तरह अपनी उठाने को कम करने और अंततः nanopatterned सतहों के संभावित नुकसान को समाप्त।

सिलाई तकनीक PDMS की elastomeric प्रकृति द्वारा सीमित है। हालांकि मुलायम लिथोग्राफी सुविधा आकार को दोहराने के लिए के रूप में छोटे रूप में 2 एनएम 32 और सिद्धांत रूप में, कम से कम 0.5 एनएम 18 के एक संकल्प तक पहुँच सकते हैं लागू किया गया है, nanoscale PDMS सुविधाओं flawlessly नहीं दोहराया जा सकता है जब चौड़ाई को ऊंचाई के अनुपात पहलू भी है उच्च (> 2) या बहुत कम है (<0.2)। Nanofeatures को संकुचित करें पहलू अनुपात बहुत अधिक है, या अपर्याप्त राहत में परिणाम है जब एक <0.2 अनुपात के PDMS स्टांप 33 का इस्तेमाल किया जाता सकता है। इसके अलावा, कई PDMS नए नए साँचे को मूल interstices और PDMS नए नए साँचे की अधूरी ट्रिमिंग की वजह से सिले नहीं किया जा सकता है, और इस तरह वहाँ (जैसे nanogratings के रूप में निरंतर nanopatterns के लिए विशेष रूप से) unpatterned और misaligned क्षेत्र हैं। देशद्रोही का छोटा सा प्रतिशत को देखते हुएक्षेत्र की कुल सतह क्षेत्र पर, सिलाई तकनीक अभी भी nanopatterned substrates के एक बड़े क्षेत्र में उत्पादन करने के लिए एक सरल और सस्ती हो गए हैं। इसके अलावा, जब सिले ढालना बहुलक सब्सट्रेट में nanoimprinted है, पिघला हुआ बहुलक अन्तराल में प्रवाह हो सकता है, एक असमान सतह (चित्रा 1 ए) में जिसके परिणामस्वरूप। असमान सतह यह चुनौतीपूर्ण सेलुलर या आणविक जैविक विश्लेषण के लिए नमूने एकत्र करने के लिए बनाता है। microfluidic अनुप्रयोगों में, उठाना भी एक अधूरी सीलिंग जब microchannels नमूनों सब्सट्रेट के खिलाफ सील कर रहे हैं का कारण बनता है। असमान सतह समस्या आसानी से फिल्म मोटाई ट्यूनिंग के माध्यम से उठाने के लिए कम से कम करने के लिए बहुलक पतली फिल्म तकनीक को लागू करके हल किया जा सकता है (चित्रा 1 बी)।

हालांकि सिलाई तकनीक के विस्तार के लिए एक परिभाषित मास्टर मोल्ड की जरूरत है, यह इस तरह के कदम और फ्लैश लिथोग्राफी और एक रोल करने वाली रोल nanoimprinting lithogra के रूप में अन्य तकनीकों के साथ तुलना में सरल और सस्ती हैबनावट। सिलाई तकनीक केवल गर्म प्लेटें और सिलाई और nanoimprinting प्रक्रिया के दौरान compressive बलों exerting का एक तरीका है, लेकिन नहीं महंगे उपकरण की आवश्यकता है। इसके अलावा, सिलाई प्रक्रिया एक स्वच्छ वातावरण में आयोजित किया जा सकता है, लेकिन जरूरी नहीं कि एक cleanroom में।

सिलाई तकनीक को भी बहुमुखी है। एक बड़े क्षेत्र के लिए एक समान nanopattern के विस्तार के अलावा, सिलाई तकनीक विभिन्न आकार, आयाम और व्यवस्था के सूक्ष्म और / या nanoscale सुविधाओं से मिलकर नए नए साँचे के लिए आवेदन किया जा सकता है। इस संबंध में, सूक्ष्म / nanotopographies की एक combinatory पुस्तकालय उच्च throughput मंच प्रदान करने के लिए सेल-स्थलाकृति बातचीत की जांच के लिए बनाया जा सकता है। यह सरल, सस्ती और बहुमुखी सिलाई तकनीक संभावित संकर घटकों के साथ सूक्ष्म / nanoscale उपकरणों को बनाने के लिए बढ़ाया जा सकता है।

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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).

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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).

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