Fabrication d’une puce à micro-motifs avec épaisseur contrôlée pour la microscopie électronique cryogénique à haut débit

Résumé

Une puce à micro-motifs nouvellement développée avec des fenêtres en oxyde de graphène est fabriquée en appliquant des techniques de système microélectromécanique, permettant une imagerie efficace et à haut débit par microscopie électronique cryogénique de diverses biomolécules et nanomatériaux.

Résumé

Une limitation majeure pour l’analyse efficace et à haut débit de la structure des biomolécules à l’aide de la microscopie électronique cryogénique (cryo-EM) est la difficulté de préparer des échantillons cryo-EM avec une épaisseur de glace contrôlée à l’échelle nanométrique. La puce à base de silicium (Si), qui a un réseau régulier de micro-trous avec une fenêtre d’oxyde de graphène (GO) modelée sur un film de nitrure de silicium (Si_xN_y) à épaisseur contrôlée, a été développée en appliquant des techniques de système microélectromécanique (MEMS). La photolithographie UV, le dépôt chimique en phase vapeur, la gravure humide et sèche du film mince et la coulée par goutte de matériaux nanofeuilles 2D ont été utilisés pour la production en série des puces à micro-motifs avec des fenêtres GO. La profondeur des micro-trous est régulée pour contrôler l’épaisseur de la glace à la demande, en fonction de la taille de l’échantillon pour l’analyse cryo-EM. L’affinité favorable de GO pour les biomolécules concentre les biomolécules d’intérêt dans le micro-trou lors de la préparation de l’échantillon cryo-EM. La puce à micro-motifs avec fenêtres GO permet une imagerie cryo-EM à haut débit de diverses molécules biologiques, ainsi que de nanomatériaux inorganiques.

Introduction

La microscopie électronique cryogénique (cryo-EM) a été développée pour résoudre la structure tridimensionnelle (3D) des protéines dans leur état natif 1,2,3,4. La technique consiste à fixer des protéines dans une fine couche (10-100 nm) de glace vitrée et à acquérir des images de projection de protéines orientées aléatoirement à l’aide d’un microscope électronique à transmission (TEM), l’échantillon étant maintenu à la température de l’azote liquide. Des milliers à des millions d’images de projection sont acquises et utilisées pour reconstr....

Protocole

1. Fabrication d’une puce à micro-motifs avec des fenêtres GO (Figure 1)

1. Déposez le nitrure de silicium.
   1. Déposer du nitrure de silicium à faible contrainte (Si_xN_y) des deux côtés de la plaquette de Si (4 pouces de diamètre et 100 μm d’épaisseur) en utilisant un dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (LPCVD) à 830 °C et une pression de 150 mTorr, sous un débit de 170 sccm de dichlorosilane (SiH₂Cl₂, DCS) et de 38 sccm d’ammoniac (NH₃).
   2. À l’aide d’un taux de dépôt d’environ 30 Å/min, contrôlez l’épaisseur de Si_x....

Résultats

Une puce à micro-motifs avec des fenêtres GO a été fabriquée par fabrication MEMS et transfert de nanofeuilles GO 2D. Les puces pour le micro-modelage ont été produites en série, avec environ 500 puces produites à partir d’une plaquette de 4 (Figure 1B et Figure 2A,B). Les conceptions des puces à micro-motifs peuvent être manipulées à l’aide de différents modèles du masque au chrome (Figure 2) au .......

Discussion

Les procédés de microfabrication pour la production de puces à micro-motifs avec des fenêtres GO sont présentés ici. La puce fabriquée à micro-motifs est conçue pour réguler l’épaisseur de la couche de glace vitrée en contrôlant la profondeur du micro-trou avec des fenêtres GO en fonction de la taille du matériau à analyser. Une puce à micro-motifs avec des fenêtres GO a été fabriquée à l’aide d’une série de techniques MEMS et d’une méthode de transfert de nanofeuilles 2D (

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
1-methyl-2-pyrrolidinone (NMP)	Sigma Aldrich, USA	443778
Acetone
AFM	Park Systems, South Korea	NX-10
Aligner	Midas System, South Korea	MDA-600S
AZ 300 MIF developer	AZ Electronic Materials USA Corp., USA	184411
Cryo-EM holder	Gatan, USA	626 single tilt cryo-EM holder
Cryo-plunging machine	Thermo Fisher SCIENTIFIC, USA	Vitrobot Mark IV
Focused ion beam-scanning electron microscopy (FIB-SEM)	FEI Company, USA	Helios NanoLab 650
Glow discharger	Ted Pella Inc., USA	PELCO easiGlow
Graphene oxide (GO) solution	Sigma Aldrich, USA	763705
Hexamethyldisizazne (HMDS), 98+%	Alfa Aesar, USA	10226590
Low pressure chemical vapor deposition (LPCVD)	Centrotherm, Germany	LPCVD E1200
maP1205 positive PR	Micro resist technology, Germany	A15139
Potassium hydroxide (KOH), flake	DAEJUNG CHEMICALS & METALS Co. LTD., South Korea	6597-4400
Raman Spectrometer	NOST, South Korea	Confocal Micro Raman System HEDA
Reactive ion etcher (RIE)	Scientific Engineering, South Korea	Lab-built
SEM	Carl Zeiss, Germany	SUPRA 55VP
Si wafer	JP COMMERCE, South Korea		4" Silicon wafer, P(B)type, (100), 1-30ohm.c m, DSP, T:100um
Spin coater	Dong Ah Trade Corp., South Korea	ACE-200
TEM	JEOL, Japan	JEM-2100F