Microfabrication av nanoporösa Guld Mönster för Cell-material interaktionsstudier

Summary

Vi rapporterar om tekniker till micropattern nanoporösa guld tunna filmer via stenciltryckning och fotolitografi, liksom metoder att odla celler på mikrotillverkade mönster. Dessutom beskriver vi bildanalysmetoderna att karakterisera morfologin av materialet och de odlade cellerna med hjälp av svepelektron-och fluorescenstekniker mikroskopi.

Abstract

Nanostrukturerade material med funktionen storlekar i tiotals nanometer har förbättrat prestandan av flera tekniker, bland annat bränsleceller, biosensorer, biomedicinska beläggningar enhet, och drog verktyg leverans. Nanoporös guld (NP-Au), som produceras av en nano-skala självorganiserande processen, är ett relativt nytt material som uppvisar stor effektiv yta, hög elektrisk ledningsförmåga och katalytisk aktivitet. Dessa egenskaper har gjort NP-Au ett attraktivt material för forskarsamhället. De flesta studier på NP-Au anställa makronivå exemplar och fokusera på grundläggande vetenskap av materialet och dess katalytiska och sensor applikationer. De makronivå exemplar begränsar NP-Au: s potential i miniatyriserade system, inklusive biomedicinska anordningar. För att ta itu med dessa frågor, beskriver vi inledningsvis två olika metoder för att micropattern NP-Au tunna filmer på styva substrat. Den första metoden använder manuellt producerade stencil masker för att skapa millimeter skala NP-Au mönster, while den andra metoden använder lift-off fotolitografi till mönster sub-millimeter-skala mönster. Som NP-Au tunna filmer erhålls genom sputter-avsättningsprocessen, de är kompatibla med konventionella mikrotillverkningstekniker, därmed mottagliga för enkel integrering i mikrosystem. Dessa system inkluderar elektriskt adresserbara biosensor plattformar som gynnas av höga effektiva yta, elektrisk ledningsförmåga, och guld-tiol-baserade yta bioconjugation. Vi beskriver cellodling, immunfärgning och bild tekniker bearbetning för att kvantifiera NP-Au: s interaktion med däggdjursceller, vilket är en viktig prestation parameter för vissa biosensorer. Vi förväntar oss att de tekniker som visas här kommer att underlätta integrationen av NP-Au i plattformar vid olika längd-skalor och i många tillämpningar, inklusive biosensorer, energilagringssystem, och katalysatorer.

Introduction

<p class="jove_content"> Material med nano-skala funktioner har visat lovande resultat i att förbättra olika tillämpningar, inklusive bränsleceller¹, Sensorer^2,3 Och biomedicinska anordningar^4,5. Ett relativt nytt material är nanoporös guld (NP-Au), som produceras av en nano-skala självorganiserande processen. Prekursorn till np-Au är en guldlegering som oftast består av silver vid 60% till 80% av atomprocent. I korthet är den karakteristiska öppna porer nanostruktur resultatet av omlagring av guld atomer i klasar som silver upplöses av en stark syra (<em> T.ex.</em> Salpetersyra 70%) eller under en elektrokemisk potential^6-8. Np-Au förmåner från flera önskvärda egenskaper, inklusive stor effektiv yta, hög elektrisk ledningsförmåga, väletablerade yta tekniker funktionalisering och biokompatibilitet⁹. Även om det har skett en snabb expansion av studier på NP-Au, de flesta av dem fokuserar på NP-AU: s mekaniska egenskaper^10,11, Katalytisk aktivitet¹², Och biomolekylär avkänningsprestanda^13-15. Medan de önskvärda egenskaper är mycket användbara för flera biomedicinska verktyg^16,17 Har tillämpningar inom detta område varit begränsade. En möjlig orsak till detta är att de flesta studier har främst använt makronivå exemplar (<em> T.ex.</em> Ark, folier och tackor) och tekniker för att införliva NP-Au i miniatyriserade system har varit otillräckliga. I själva verket finns det bara en handfull exempel på användning av konventionella mikrotillverkningstekniker som använder NP-Au filmer^16-20. Med intåget av miniatyrisering teknik och behovet av nya biomedicinska verktyg, har det blivit viktigt att kunna integrera nya material i enheter. Detta kräver vanligtvis att materialen kan deponeras och mönstras med konventionella mikrotillverkningstekniker. Dessutom är snabb kvantifiering av cell-material interaktioner vanligen nödvändigt att utvärdera biokompatibilitet av ett nytt material. Målet med denna uppsats är att visa grundläggande tekniker till micropattern NP-Au filmer och kvantifiera såväl nanostruktur och cell-material interaktioner via digital bildbehandling.</p>

Protocol

Ett. Nanoporösa Gold Fabrication Rena substrat i Piranha-lösning Lägg 25 peroxid ml väte (30%) till 100 ml svavelsyra (96%) i en kristallisering skålen och värm blandningen till 65 ° C på en värmeplatta. VARNING: vätskorna är extremt frätande och måste hanteras varsamt. Den förbrukade lösningen ska inte förvaras i en sluten behållare, eftersom det kan explodera. Placera 1-tums med 3-tums objektglas i blandningen med syrafasta pincett och rengör dem i 10 min. Använd en bå…

Representative Results

Figur 1 visar vilka stora processuella åtgärder, inklusive att skapa NP-Au mönster, odling av celler, kvantifiera nanostruktur, och karakterisera cell morfologier. Elasten stencil visas i figur 2a (överst) används för att skapa de NP-Au mönster som visas på bilderna nedanför. Är ett fotografi av porslin båten för prover batch-bearbetning Figur 2b. Figur 2c visar färgförändring av de deponerade metallmönster före och efter dealloying. Den silverglänsand…

Discussion

Vi visar två olika tekniker för att micropattern NP-Au filmer för att utvidga användningen av dessa filmer i mikrosystem och biologiska studier. Sputter-beläggning guld och silver är en mångsidig metod för att skapa np-Au mönster, eftersom förstoftning är kompatibel med konventionella mikrofabrikationslaboratorier processer och legeringskompositionen och tjocklek kan enkelt kontrolleras genom att variera de enskilda förstoftning gun befogenheter (för guld och silver mål) och deponeringstiden respektive. Ty…

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