Microfabricação de Padrões de Ouro Nanoporosos para celular-primas estudos de interacção

Summary

Nós relatamos em técnicas para micropattern nanoporous filmes finos de ouro através de impressão stencil e fotolitografia, bem como métodos para cultura de células sobre os padrões microfabricados. Além disso, descrevemos métodos de análise de imagem para caracterizar a morfologia do material e as células cultivadas utilizando electrónica de varrimento e técnicas de microscopia de fluorescência.

Abstract

Materiais nanoestruturados com tamanhos recurso em dezenas de nanômetros têm melhorado o desempenho de várias tecnologias, incluindo as células de combustível, biossensores, revestimentos de dispositivos biomédicos, e ferramentas de administração de medicamentos. Ouro nanoporos (np-Au), produzido por um processo de auto-montagem nano-escala, é um material relativamente novo que apresenta grande área de superfície eficaz, de alta condutividade elétrica, e atividade catalítica. Estas propriedades tornaram-np Au um material atraente para a comunidade científica. A maioria dos estudos sobre a np-Au utilizar espécimes macro-escala e foco em ciência fundamental da suas aplicações catalíticas e sensor de materiais. Os espécimes macro-escala limitar o potencial de np-Au em sistemas miniaturizados, incluindo dispositivos biomédicos. A fim de abordar estas questões, inicialmente descrever dois métodos diferentes para micropattern np-Au filmes finos sobre substratos rígidos. O primeiro método utiliza máscaras de estêncil manualmente produzidos para a criação de milímetro escala padrões np-Au, while o segundo método usa lift-off fotolitografia para padrões sub-milímetro escala padrão. À medida que os filmes finos de NP-Au são obtidos por um processo de deposição por borrifamento, eles são compatíveis com as técnicas convencionais de microfabricação, assim passíveis de integração fácil em microssistemas. Estes sistemas incluem plataformas biossensor eletricamente endereçáveis ​​que beneficiam de área de alto eficaz superfície, condutividade elétrica, e bioconjugation superfície tiol à base de ouro. Descrevemos de cultura de células, a imunocoloração, e as técnicas de processamento de imagem para quantificar a interacção do np-Au com células de mamíferos, o que é um parâmetro de desempenho importante para algumas biossensores. Esperamos que as técnicas ilustradas aqui vai facilitar a integração das np-Au em plataformas em várias escalas de comprimento e em inúmeras aplicações, incluindo biossensores, sistemas de armazenamento de energia, e catalisadores.

Introduction

<p class="jove_content"> Materiais com características nano-escala têm se mostrado promissora no reforço várias aplicações, incluindo as células de combustível¹, Sensores^2,3 E dispositivos biomédicos^4,5. Um material relativamente novo é ouro nanoporoso (np-Au), a qual é produzida por um processo de auto-montagem de nano-escala. O precursor de NP-Au é uma liga de ouro que mais comumente consiste em prata de 60% a 80% em percentagem atómica. Resumidamente, a característica de nanoestrutura de poros abertos, é o resultado do rearranjo de átomos de ouro em aglomerados como a prata é dissolvido por um ácido forte (<em> Por exemplo</em> Ácido nítrico 70%) ou sob um potencial eletroquímico^6-8. Np-Au benefícios de vários atributos desejáveis, incluindo a grande área de superfície eficaz, de alta condutividade elétrica, técnicas de funcionalização de superfície bem estabelecidas, e biocompatibilidade⁹. Embora tenha havido uma rápida expansão dos estudos sobre NP-Au, a maioria deles concentrar em propriedades mecânicas do np-Au^10,11, A atividade catalítica¹² E desempenho de detecção biomolecular^13-15. Embora os atributos desejáveis ​​são altamente úteis para várias ferramentas biomédicas^16,17, As aplicações nesta área têm sido limitados. Uma possível razão para isto é que a maioria dos estudos têm predominantemente utilizadas amostras de macro-escala (<em> Por exemplo</em> Chapas, folhas, e lingotes) e as técnicas para a incorporação np-Au em sistemas miniaturizados permaneceram inadequada. Na verdade, há apenas um punhado de exemplos do uso de técnicas de microfabricação convencionais que utilizam filmes np-Au^16-20. Com o advento da tecnologia de miniaturização e a necessidade de novas ferramentas biomédicas, tornou-se essencial para ser capaz de se integrar novos materiais para dispositivos. Isso normalmente requer que os materiais podem ser depositados e modelado com técnicas convencionais de microfabricação. Além disso, a rápida quantificação das interacções célula-prima é geralmente necessária para avaliar a biocompatibilidade de um material novo. O objetivo deste artigo é demonstrar as técnicas básicas para micropattern np-Au filmes e quantificar tanto a nanoestrutura e as interações célula-material através de processamento de imagem digital.</p>

Protocol

1. Nanoporous Fabrication Ouro Substratos limpos em solução Piranha Adicionar 25 ml de peróxido de hidrogénio (30%) a 100 ml de ácido sulfúrico (96%) em um prato de cristalização e aquecer a mistura a 65 ° C numa placa de aquecimento. AVISO: Os líquidos são extremamente corrosivo e deve ser manuseado com cuidado. A solução passou não deve ser armazenado num recipiente fechado, como pode explodir. Coloque 1 polegada por lâminas de microscópio de 3 polegadas na mistura usando …

Representative Results

A Figura 1 apresenta os principais passos processuais, incluindo a criação de padrões de np-Au, cultura de células, quantificando a nanoestrutura, e caracterizar a morfologia celular. A matriz de elastómero mostrado na Figura 2a (superior) é usada para criar os padrões de np-Au mostrados nas imagens subjacentes. Figura 2b é uma fotografia do barco de porcelana para amostras de processamento em lote. Figura 2c mostra a mudança de cor dos padrõe…

Discussion

Nós demonstramos duas técnicas diferentes para micropattern np-Au filmes para a expansão do uso destes filmes em microssistemas e estudos biológicos. Sputter ouro e prata-revestimento é um método versátil para criar padrões de np-Au, como pulverização catódica é compatível com os processos convencionais de microfabricação e da composição da liga e a espessura pode ser facilmente controlada através da variação das potências individuais pistola de pulverização (para objectivos de ouro e prata) e o t…

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