Microfabrication di Patterns Oro nanoporosi per Cell-materiali Interaction Studies

Summary

Segnaliamo su tecniche per micropattern nanoporosi film sottili di oro tramite la stampa stencil e fotolitografia, così come i metodi di cellule di coltura, su modelli di microfabbricati. Inoltre, si descrivono metodi di analisi di immagine per caratterizzare morfologia del materiale e le cellule in coltura mediante scansione elettronica e tecniche di microscopia a fluorescenza.

Abstract

Materiali nanostrutturati con dimensioni caratteristiche di decine di nanometri hanno migliorato le prestazioni delle diverse tecnologie, tra cui le celle a combustibile, biosensori, rivestimenti dei dispositivi biomedicali e strumenti di consegna della droga. Oro nanoporous (np-Au), prodotto da un processo di auto-assemblaggio nano-scala, è un materiale relativamente nuovo che presenta un'ampia area superficiale effettiva, elevata conducibilità elettrica, e l'attività catalitica. Queste proprietà hanno reso np-Au un materiale interessante per la comunità scientifica. Maggior parte degli studi su NP-Au impiegano campioni macro scala e concentrarsi sulla scienza fondamentale della materia e delle sue applicazioni catalitiche e sensore. Gli esemplari macro scala limitano il potenziale di NP-Au in sistemi miniaturizzati, inclusi i dispositivi biomedici. Al fine di risolvere questi problemi, abbiamo inizialmente descriviamo due metodi diversi per micropattern np-Au film sottili su substrati rigidi. Il primo metodo utilizza mascherine stencil manualmente-prodotti per la creazione di millimetro scala modelli NP-Au, while il secondo metodo utilizza decollo fotolitografia per modelli modello sub-millimetrica scala. Come i film sottili np-Au sono ottenute tramite il processo sputtering-deposizione, che siano compatibili con le tecniche convenzionali di microfabbricazione, quindi suscettibili di integrazione facile in microsistemi. Questi sistemi includono elettricamente indirizzabili piattaforme biosensore che beneficiano di elevata superficie effettiva superficie, conducibilità elettrica, e l'oro-tiolo-based bioconjugation superficie. Descriviamo coltura cellulare, immunostaining, e le tecniche di elaborazione di immagini per quantificare l'interazione del np-Au con cellule di mammifero, che è un parametro importante per alcune prestazioni biosensori. Ci aspettiamo che le tecniche qui illustrate dovranno favorire l'integrazione delle np-Au in piattaforme a diverse scale di lunghezza e in numerose applicazioni, tra cui biosensori, sistemi di stoccaggio di energia, e catalizzatori.

Introduction

<p class="jove_content"> Materiali con caratteristiche nano-scala hanno mostrato risultati promettenti nel migliorare diverse applicazioni, tra cui le celle a combustibile¹ Sensori,^2,3 E dispositivi biomedicali^4,5. Un materiale relativamente nuovo è oro nanoporous (np-Au), che è prodotto da un processo di auto-assemblaggio nanoscala. Il precursore di np-Au è una lega d'oro che più comunemente è costituito da argento al 60% a 80% in percentuale atomica. Brevemente, la caratteristica nanostruttura poro aperto è il risultato di riarrangiamento di atomi di oro in cluster come argento viene sciolto con un acido forte (<em> Esempio</em> Acido nitrico 70%) o sotto un potenziale elettrochimico^6-8. Np-Au benefici da vari attributi desiderabili, tra cui ampia superficie effettiva, elevata conducibilità elettrica, ben consolidate tecniche di funzionalizzazione superficiale, e biocompatibilità⁹. Anche se vi è stata una rapida espansione di studi su np-Au, la maggior parte di loro concentrarsi sulle proprietà meccaniche di np-Au^10,11, Attività catalitica¹², E biomolecolare prestazioni di rilevamento^13-15. Mentre gli attributi desiderabili sono molto utili per diversi strumenti biomedici^16,17, Le applicazioni in questo settore sono stati limitati. Una possibile ragione per questo è che la maggior parte degli studi si sono prevalentemente utilizzati campioni macro-scala (<em> Esempio</em> Film, lastre, lingotti) e le tecniche per incorporare np-Au in sistemi miniaturizzati sono rimasti inadeguati. In realtà ci sono solo una manciata di esempi di utilizzo di tecniche di microfabbricazione convenzionali che impiegano film np-Au^16-20. Con l'avvento della tecnologia miniaturizzazione e la necessità di nuovi strumenti biomedici, è diventato cruciale per poter integrare nuovi materiali nelle apparecchiature. Ciò richiede tipicamente che i materiali possono essere depositati e modellati con tecniche convenzionali di microfabbricazione. Inoltre, la rapida quantificazione delle interazioni cellula-materiale è comunemente necessario valutare la biocompatibilità di un nuovo materiale. L'obiettivo di questo lavoro è quello di dimostrare le tecniche di base per micropattern np-Au film e quantificare sia nanostruttura e le interazioni cellula-materiale tramite l'elaborazione di immagini digitali.</p>

Protocol

1. Nanoporoso Oro Fabrication Substrati puliti in soluzione Piranha Aggiungere 25 ml di perossido di idrogeno (30%) di acido solforico 100 ml (96%) in un piatto di cristallizzazione e scaldare la miscela a 65 ° C su una piastra. ATTENZIONE: I liquidi sono estremamente corrosivi e devono essere maneggiati con cura. La soluzione esausta non deve essere conservata in un contenitore sigillato, come può esplodere. Luogo di 1 pollice da vetrini da 3 pollici nella miscela con pinze resistenti ag…

Representative Results

La figura 1 illustra le principali fasi procedurali, tra cui la creazione dei modelli NP-Au, coltura delle cellule, quantificando la nanostruttura, e la caratterizzazione morfologie cellulari. Lo stencil elastomero mostrato in Figura 2a (in alto) è utilizzato per la creazione dei modelli NP-Au mostrati nelle immagini sottostanti. Figura 2b è una fotografia della barca in porcellana per i campioni di elaborazione batch. Figura 2c mostra il cambiamento …

Discussion

Dimostriamo due tecniche diverse per micropattern np-Au film per espandere l'uso di questi film in microsistemi e studi biologici. Deposito a spruzzo oro e argento è un metodo versatile per creare modelli np-Au, come sputtering è compatibile con i processi convenzionali di microfabbricazione e la composizione della lega e lo spessore può essere facilmente controllato variando i poteri individuali pistola sputtering (per obiettivi d'oro e d'argento) e il tempo di deposizione rispettivamente. Tipico film di…

Materials

Name of Reagent/Material	Company	Catalog Number	Comments
Gold target	Lesker	EJTAUXX403A2	Precursor to alloy for producing np-Au
Chrome target	Lesker	EJTCRXX353A2	Adhesive layer
Silver target	Lesker	EJTAGXX403A2	Precursor to alloy for producing np-Au
Porcelain boat	Thomas Scientific	8542E40	Used for processing small samples
Nitric acid	Sigma-Aldrich	43873	Used at 70% for dealloying
Sulfuric acid	J.T Baker	7664-93-9	Used at 96% for piranha cleaning
Hydrogen peroxide	J.T Baker	7722-84-1	Used at 30% for piranha cleaning
Biopsy punches	Ted Pella	150xx	Available in several sizes
Silicone elastomer sheets	Rogers Corporation	HT 6240	Available in several thicknesses
Hexamethyldisilazane	Sigma-Aldrich	440191-100ML	Used as adhesion promoter for positive resist
Microposit MF CD26	Shipley	38490	Positive photoresist developer
PRS 3000	J.T Baker	JT6403-5	Positive photoresist stripper
Circular glass coverslips (12 mm)	Ted Pella	26023	Used as substrate for metal patterns and cell culture
Glass slides (1 x 3 inch)	Ted Pella	26007	Used as substrate for metal patterns
Kapton polyimide tape	VWR	82030-950	Used for securing elastomer
Transparency masks	Output City		Used in photolithography http://www.outputcity.com/
Plasma cleaner	Harrick Plasma	PDC-32G	Used for activating glass surfaces
Sputtering machine	Kurt J. Lesker	LAB18	Used for depositing metals