Microfabricación de los patrones de oro Nanoporous de Estudios de interacción célula-materiales

Summary

Se presenta en las técnicas a micropatrón nanoporoso películas delgadas de oro a través de la impresión y la fotolitografía plantilla, así como los métodos a células de cultivo en los patrones de microfabricados. Además, se describen los métodos de análisis de imágenes para caracterizar la morfología de las células cultivadas utilizando electrónica de barrido y técnicas de microscopía de fluorescencia y de material.

Abstract

Los materiales nanoestructurados con tamaños de la característica en decenas de nanómetros han mejorado el rendimiento de varias tecnologías, como las pilas de combustible, biosensores, recubrimientos de dispositivos biomédicos, y las herramientas de administración de fármacos. Oro nanoporosa (np-Au), producida por un proceso de auto-ensamblaje escala nano, es un material relativamente nuevo que presenta gran área efectiva de superficie, alta conductividad eléctrica y la actividad catalítica. Estas propiedades han hecho np-Au un material atractivo para la comunidad científica. La mayoría de los estudios sobre np-Au emplean muestras macro-escala, y se centran en la ciencia fundamental de sus aplicaciones catalíticas y el sensor de material y. Las muestras de macro escala limitan el potencial de np-Au en sistemas miniaturizados, como dispositivos biomédicos. Para hacer frente a estos problemas, que inicialmente describen dos métodos diferentes para micropatrón películas delgadas np-Au sobre sustratos rígidos. El primer método emplea máscaras plantilla manualmente producidos para la creación a escala milimétrica patrones np-Au, while el segundo método utiliza fotolitografía despegue de modelado modelo submilimétrica escala. Como las películas delgadas np-Au se obtienen por el proceso de deposición por pulverización catódica, que son compatibles con las técnicas de microfabricación convencionales, de este modo susceptibles de fácil integración en microsistemas. Estos sistemas incluyen eléctricamente-direccionables plataformas de biosensores que se benefician de área de alta superficie efectiva, conductividad eléctrica, y bioconjugación superficie-tiol-basado en el oro. Se describe el cultivo de células, inmunotinción, y las técnicas de procesamiento de imágenes para cuantificar la interacción de NP-Au con células de mamíferos, que es un parámetro de rendimiento importante para algunos biosensores. Esperamos que las técnicas ilustradas aquí ayudarán a la integración de np-Au en plataformas a diferentes escalas de longitud y en numerosas aplicaciones, como biosensores, sistemas de almacenamiento de energía, y los catalizadores.

Introduction

<p class="jove_content"> Los materiales con características de nano-escala han mostrado prometedores en la mejora de varias aplicaciones, como las pilas de combustible¹, Sensores^2,3, Y dispositivos biomédicos^4,5. Un material relativamente nuevo es oro nanoporoso (NP-Au), que es producida por un proceso de auto-ensamblaje escala nano. El precursor de NP-Au es una aleación de oro que más comúnmente se compone de plata en 60% a 80% en porcentaje atómico. En pocas palabras, la nanoestructura de poro abierto característica es el resultado de la reordenación de los átomos de oro en racimos como la plata se disuelve por un ácido fuerte (<em> Por ejemplo,</em> Ácido nítrico al 70%) o bajo un potencial electroquímico^6-8. Np-Au beneficios de varios atributos deseables, incluyendo el área de gran superficie efectiva, alta conductividad eléctrica, las técnicas bien establecidas funcionalización de la superficie, y la biocompatibilidad⁹. A pesar de que se ha producido una rápida expansión de los estudios sobre np-Au, la mayoría de ellos se centran en las propiedades mecánicas de np-Au^10,11, La actividad catalítica¹², Y el rendimiento de detección biomolecular^13-15. Mientras que los atributos deseables son altamente útiles para varias herramientas biomédicas^16,17, Las aplicaciones en esta área han sido limitados. Una posible razón para esto es que la mayoría de los estudios han utilizado predominantemente muestras macro escala (<em> Por ejemplo,</em> Hojas, láminas, y lingotes) y las técnicas para la incorporación de NP-Au en los sistemas miniaturizados han permanecido inadecuada. De hecho, hay sólo un puñado de ejemplos de la utilización de técnicas de microfabricación convencionales que emplean películas np-Au^16-20. Con el advenimiento de la tecnología de la miniaturización y la necesidad de nuevas herramientas biomédicas, se ha convertido en esencial para ser capaz de integrar nuevos materiales en los dispositivos. Esto normalmente requiere que los materiales pueden ser depositados y se modela con las técnicas convencionales de microfabricación. Además, es comúnmente necesario para evaluar la biocompatibilidad de un nuevo material rápida cuantificación de las interacciones célula-materiales. El objetivo de este trabajo es demostrar las técnicas básicas para micropatrón np-Au películas y cuantificar tanto nanoestructura y las interacciones célula-material a través de procesamiento de imagen digital.</p>

Protocol

1. Nanoporosa Fabrication Oro Sustratos limpios en solución Piranha Añadir 25 ml de peróxido de hidrógeno (30%) a 100 ml de ácido sulfúrico (96%) en una cubeta de cristalización y se calienta la mezcla a 65 ° C sobre una placa calefactora. PRECAUCIÓN: Los líquidos son sumamente corrosivo y debe manejarse con cuidado. La solución gastada no se debe almacenar en un contenedor sellado, ya que puede explotar. Place de 1 pulgada por portaobjetos de 3 pulgadas en la mezcla utilizando p…

Representative Results

La figura 1 resume las principales etapas del procedimiento, incluida la creación de los patrones np-Au, el cultivo de células, la cuantificación de la nanoestructura, y caracterización de morfologías celulares. La plantilla elastómero se muestra en la Figura 2a (parte superior) se utiliza para la creación de los patrones de NP-Au que se muestran en las imágenes debajo. Figura 2b es una fotografía de la embarcación porcelana para especímenes de procesamiento …

Discussion

Demostramos dos técnicas diferentes para micropatrón np-Au películas para expandir el uso de estas películas en microsistemas y los estudios biológicos. Oro-recubrimiento por pulverización catódica y la plata es un método versátil para crear patrones de NP-Au, como pulverización catódica es compatible con procesos convencionales de microfabricación y la composición de la aleación y el grosor se puede controlar fácilmente mediante la variación de las potencias pistola de pulverización individuales (para …

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