A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
الذات تجميعها monolayers (صواريخ سام) التي تشكلت من سلسلة طويلة thiols ألكان على الذهب توفير ركائز محددة جيدا لتشكيل أنماط البروتين والحبس الخلية. الطباعة Microcontact من hexadecanethiol باستخدام (PDMS) ختم polydimethylsiloxane تليها الردم مع غليكول منتهية ألكان ثيول مونومر تنتج نمطا حيث البروتين وخلايا كثف فقط لمنطقة hexadecanethiol ختمها.
الطباعة Microcontact يوفر السريع ، والأسلوب استنساخه للغاية لخلق نمط من ركائز محددة جيدا. 1 بينما يمكن استخدام الطباعة microcontact الطباعة مباشرة على عدد كبير من الجزيئات ، بما في ذلك البروتينات والحمض النووي 2 و 3 و silanes (4) وتشكيل الذات المجمعة monolayers (صواريخ سام) من سلسلة طويلة thiols ألكان على الذهب يوفر وسيلة بسيطة لحصر البروتينات والخلايا التي تحتوي على أنماط محددة لاصقة ومقاومة المناطق. ويمكن استخدام هذا الحبس الاحتياطي للسيطرة على مورفولوجيا الخلايا ومفيدة لدراسة مجموعة متنوعة من الأسئلة في البروتين وبيولوجيا الخلية. هنا ، نحن تصف طريقة عامة لخلق أنماط البروتين واضحة المعالم للدراسات الخلوية 5 تنطوي هذه العملية على ثلاث خطوات : إنتاج رئيسية منقوشة به ضوئيه ، وخلق طابع PDMS ، وmicrocontact الطباعة من الذهب الركيزة المغلفة. منقوشة مرة واحدة ، وهذه ركائز ثقافة الخلية قادرة على حصر البروتينات و / أو الخلايا (الخلايا الأولية أو خطوط الخلية) لهذا النمط.
استخدام الكيمياء الذاتي أحادي الطبقة تجميع يسمح لمراقبة دقيقة فوق مناطق منقوشة لاصقة بروتين / خلية والمناطق غير لاصقة ، هذا لا يمكن تحقيقه باستخدام ختم المباشر البروتين. Hexadecanethiol ، وسلسلة طويلة ثيول ألكان المستخدمة في الطباعة microcontact الخطوة ، وتنتج سطح مسعور أن تمتز بسهولة البروتين من الحل. وجلايكول منتهية ثيول ، وتستخدم لردم المناطق غير المطبوعة من الركيزة ، ويخلق أحادي الطبقة التي هي مقاومة للامتصاص البروتين وبالتالي نمو الخلية. 6 تنتج هذه مونومرات ثيول monolayers منظم جدا أن تحدد بدقة مناطق الركيزة التي يمكن أن تدعم الامتزاز البروتين ونمو الخلية. ونتيجة لذلك ، وهذه الركائز هي مفيدة لطائفة واسعة من التطبيقات من دراسة السلوك بين الخلايا من 7 إلى خلق الالكترونيات الدقيقة 8
بينما تم استخدام أنواع أخرى من الكيمياء المونولاير للدراسات ثقافة الخلية ، بما في ذلك العمل من مجموعتنا trichlorosilanes به لخلق أنماط مباشرة على ركائز الزجاج ، 9 monolayers منقوشة تشكلت من thiols ألكان على الذهب هي على التوالي إلى الأمام للاستعداد. وعلاوة على ذلك ، وتستخدم لإعداد مونومرات المونولاير متاحة تجاريا ، ومستقرة ، ولا تتطلب معالجة أو تخزين تحت جو خامل. يمكن أن يعد من ركائز منقوشة thiols ألكان كما يمكن إعادة تدويرها وإعادة استخدامها مرات عدة ، والحفاظ على الحبس الخلية. 10
1. التحضير للماجستير منقوشة (الشكل 1)
ملاحظة : للحصول على أفضل النتائج ، يجب أن يتم photopatterning في بيئة غرف الأبحاث.
2. إعداد قسائم PDMS (الشكل 2)
3. إعداد الركيزة الذهب منقوشة (الشكل 3)
ملاحظة : "سمكة البيرانا" الحل هو انفجار في وجود مركبات عضوية.
4. تطبيق البروتين وخلايا منقوشة إلى الركيزة
5. ممثل النتائج :
الشكل 1. التخطيطي العام لإعداد الطباعة بصفائح معدة ضوئيا على درجة الماجستير من منقوشة. في هذه العملية ، يتم تنظيف رقاقة السيليكون مع الأسيتون ، ومغطاة مقاومة للضوء ، ويتعرضون لنمط من الفائدة ، ويتم تطوير هذا النمط.
الشكل 2. التخطيطي العام لإعداد ختم PDMS. في هذه العملية ، يتم تغطية الرئيسي منقوشة مع Sylgard (10:1 الراتنج : تصليب) ، دي بالغاز في مجفف فراغ ، الشفاء في الفرن عند 60 درجة مئوية ، وخفض لحجم.
الشكل 3. التخطيطي العام لتنميط الركيزة. في هذه العملية ، هي ركائز الزجاج المطلي مع التيتانيوم (50A) والذهب (150A) باستخدام شعاع الالكترون المبخر ، منقوشة بواسطة hexadecanethiol الطباعة باستخدام microcontact طابع PDMS ، مع ردم thiols غليكول ألكان إنهاؤها ، والمغلفة مع البروتين المسمى fluorescently.
الشكل 4. منقوشة الرئيسي (A) وختم PDMS (B) التي أعدت باستخدام أساليب وصفها. الحانات هي مقياس 100μm.
تصور الشكل 5. صواريخ سام منقوشة مع AlexaFluor 647 فبرونيكتين المسمى (أ) و CHO - K1 الحبس الخلية (B). أشرطة النطاق هي 100 ميكرون.
الشكل 6. منقوشة laminin المصنف مع الخلايا العصبية في قرن آمون الماوس E18 4 أيام في المختبر. يستخدم AlexaFluor 350 مترافق المضادة للأجسام المضادة للlaminin التصور نمط (A) والملون الخلايا العصبية الماوس E18 الحصين مع الأحمر MitoTracker 580 (B). أشرطة النطاق هي 100 ميكرون.
الشكل 7. المزالق المحتملة في إعداد تصور نمط الركيزة التي AlexaFluor 647 - مترافق فبرونيكتين الامتزاز. (أ) يؤدي الاختلاط غير كافية لامتصاص البروتين متفاوتة. (ب) التطبيق غير المتكافئ للضغط خلال ختم يؤدي إلى نقل باتن جزئية. يمكن (C) الضغط المفرط أثناء ختم تؤدي إلى طابع الانهيار. (D) يمكن أن يؤدي التعرض لسطح منقوشة على واجهة الماء والهواء أثناء الشطف نتيجة امتصاص البروتين في الخلفية. أشرطة النطاق هي 100 ميكرون.
الشكل 8. الزخرفة الغارقة يمكن أن تنتج أنماط مع الميزات الصغيرة التي يصعب الطباعة عن طريق الطباعة microcontact التقليدية في الهواء. صور (A) و (ب) وتظهر مناطق مختلفة من نفس النمط ، وطبع مع الطابع PDMS نفسه في الهواء (A) أو ماء منزوع الأيونات (B). وتعتبر خطوط الدعم 10μm على نطاق والتي تحيط نمط (المضافة للمساعدة في منع انهيار ختم) في الفقرة (أ) ، ومع ذلك ، فإن ميزات أصغر نقطة كما هو مبين في الفقرة (ب) ألا ينظر هي. هذا يدل على أن الطباعة في الهواء يعمل بشكل جيد للحصول على أكبر الميزات ، ولكن الطباعة في المياه قد تكون ضرورية لأنماط مع أصغر الميزات. أشرطة مقياس هي 20 ميكرومتر.
دورة | معدل التسارع (دورة في الدقيقة / ثانية) | نهائي السرعة (دورة في الدقيقة) | الوقت (ق) |
1 | 500 | 1000 | 5 |
2 | 3800 | 3800 | 30 |
الجدول 1.تستغرق دورة البرنامج تدور المستخدمة لإنشاء 4.5 ميكرون طلاء سميكة من AZ9245 على رقاقة السيليكون.
لإعداد الطوابع PDMS لتشكيل ركائز منقوشة ، على درجة الماجستير في مقاومة للضوء هي ملفقة الأول (الشكلان 1 و 4A). الرئيسي هو معكوس من الطوابع ، والتي تم إنشاؤها باستخدام إما نظام الطباعة الحجرية والكتابة المباشرة أو اليجنر قناع. عندما يتم استخدام مقاوم الضوء الإيجابي ، مثل AZ9245 ، لإنتاج رئيسية ، يتعرض الرقاقة مقاومة للضوء المغلفة مع نفس النمط الذي سيظهر على الركيزة النهائية. في حين أنه ليس من الممكن دائما ، فقد أفيد أن نسبة الارتفاع المثالي (حجم ميزة لمقاومة سمك) للسادة الختم PDMS هو 1:2. 13 لقد وجدنا أن من نسب 1:40 ممكنة ، تبعا لطبيعة من هذا النمط. وصف AZ9245 رقائق السليكون مغلفة في ظل الظروف هنا تعطي مقاومة للضوء مع سماكة 4.5 ميكرون. لقد وجدنا أنه يمكن استخدام هذا السمك لAZ9245 لإنتاج سادة PDMS مع ميزات تتراوح بين> 100 ميكرون إلى 2 ميكرون.
ويلقي الطوابع PDMS من 182 Sylgard (أو Sylgard 184) باستخدام الرئيسي مصنوعة من مقاومة للضوء (الشكل 2). ويمكن استخدام سادة مقاوم الضوء عدة مرات لإنشاء عدة نسخ من الطابع نفسه. بعد تصلب في PDMS ، تتم إزالة الطوابع من سيد باستخدام شفرة حلاقة والطابع الناتجة يمكن تصور تحت المجهر عن طريق وضع ختم الجانب ميزة لأسفل على زجاج ساترة (الشكل 4B)
الصحيح في النتائج ختم حاد ، من الواضح أن نمط البروتين يمكن تصور بتطبيق البروتين fluorescently المسمى (أرقام 3 و 5). بدلا من ذلك ، قد يتم استخدام المناعية لتصور نمط البروتين بعد تثبيت الخلية (الشكل 6). يقتصر نمو الخلايا بشكل جيد للنمط البروتين لكل من خطوط الخلايا والخلايا الأولية خلد (الأرقام 5 و 6).
في حين أن يتقن هذه التقنية بسهولة ، قد تنشأ مشاكل مشتركة عدة. يمكن للتطبيق من دون خلط البروتين كافية من البروتين الحل يتركز في DPBS يؤدي إلى أنماط متفاوتة من البروتين (7A الشكل). ويمكن أن يؤدي إلى سوء ختم نقل نمط انهيار جزئي أو ختم (الشكل 7B - C). بالإضافة إلى ذلك ، كشف الركيزة المزخرفة التي تحتوي على البروتين كثف إلى الهواء يمكن أن يسبب عرقلة المونولاير المقاومة انخفضت في الخلفية (الشكل 7D). أنماط تتألف من الميزات الصغيرة جدا (<5 ميكرون) ، ونسب عالية وغالبا ما تتطلب استخدام الطباعة microcontact المغمورة. في هذا الماء (3.5b) الإجراء يستخدم كحاجز لمنع hexadecanethiol من إيداع على الركيزة خارج نمط الشكل (8) (14).
ويمكن لعدد من القضايا التي تنشأ في إنتاج معدني من أتقن استخدامها لخلق طابع PDMS. ناقص نتائج رقاقة مقاومة المغلفة في أنماط ضبابية وغير واضحة والتعرض المفرط لنتائج رقاقة مقاومة مغلف بالمطاط في ملامح الموسع أو مفقودة. بشكل عام ، والماجستير مع أحجام ميزة كبيرة (> 10 ميكرون)...
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
نود أن نعترف المجموعة بأكملها مورير في جامعة واشنطن التي جعلت المعرفة الجماعية هذا البروتوكول ممكن. يتم توفير التمويل اللازم لهذا العمل من قبل المعهد الوطني للصحة العقلية (1R01MH085495).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
اسم كاشف | شركة | فهرس العدد | تعليقات (اختياري) |
---|---|---|---|
رقاقة السيليكون | رقاقة إسترد خدمات | 2 بوصة | |
تدور المغطي / طبق ساخن | البيرة العلوم | أوروبا الوسطى والشرقية 200CB سبين ، خبز النظام | |
AZ9245 الواقي الضوئي | ميس الجبل كيميكال كومباني | 105880034-1160 | |
مباشرة والكتابة نظام ضوئيه | ميكروتك SRL | LW325 LaserWriter النظام | |
قناع أليجنر | HTG | 3HR | |
من الالف الى الياء 400K المطور | ميس الجبل كيميكال كومباني | 105880018-1160 | |
Sylgard سيليكون إلاستومر 182 كيت | داو كورننغ | ||
25 ملم لا. 1 coverslips الزجاجية المستديرة | VWR | 16004-310 | |
البلازما المؤكسد | مساعد مختبر | فيمتو | |
قطع قميص التيتانيوم | أدرج | 99.95 ٪ نقية | |
حبيبات الذهب | قميص إنكوربوريتد | 99.999 ٪ نقية | |
شعاع الإلكترون المبخر | كورت J. Lesker | PVD 75 ترسب طبقة رقيقة النظام | مع شعاع الإلكترون التبعي |
Hexadecanethiol | Aesar ألفا | A11362 | |
1 - mercaptoundec - 11 - YL) رباعي (ethyleneglycol) | سيغما الدريتش | 674508 | |
الإيثانول | Pharmco - aaper | 111000200 | 200 دليلا ، مطلقة |
Parafilm | VWR | 52858-000 | |
DPBS | VWR | 4500-434 | دون الكالسيوم والمغنيسيوم |
أنا الماوس Laminin | VWR | 95036-762 | |
بلازما الإنسان [فيبرونكتين] | Invitrogen | 33016-015 | |
AlexaFluor ® 647 حمض الكربوكسيلية ، succinimidyl استر | Invitrogen | A - 20006 | |
MitoTracker الأحمر 580 | Invitrogen | M22425 | |
AlexaFluor ® 350 حمض الكربوكسيلية ، succinimidyl استر | Invitrogen | A - 10168 | |
الأضداد المضادة للlaminin | فيشر العلمية | AB2034MI |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved