A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
עצמית התאספו monolayers (Sams) נוצר זמן alkane thiols על שרשרת זהב לספק מוגדרים היטב מצעים ליצירת דפוסי חלבון תא הכליאה. הדפסה Microcontact של hexadecanethiol באמצעות חותמת (PDMS) polydimethylsiloxane ואחריו למלא את משבצות עם גליקול, הסתיים alkane תיאול מונומר מייצר דפוס שבו חלבונים בתאים לספוג רק לאזור hexadecanethiol חותמת.
הדפסה Microcontact מספק שיטה מהירה, לשעתקו מאוד ליצירת מוגדרים היטב מצעים בדוגמת. 1 בזמן ההדפסה microcontact יכול להיות מועסק ישירות להדפיס מספר גדול של מולקולות, כולל חלבונים, DNA 2, 3 ו silanes, 4 היווצרות עצמית , התאספו monolayers (Sams) מ ארוך alkane thiols על שרשרת זהב מספק דרך פשוטה להגביל חלבונים בתאים דפוסים מסוימים המכיל אזורים דבק עמיד. ריתוק זה יכול לשמש כדי לשלוט מורפולוגיה תאים שימושי לבחינת מגוון של שאלות בחלבון ביולוגיה של התא. כאן אנו מתארים שיטה כללית ליצירת מוגדרים היטב דפוסי חלבון ללימודי הסלולר 5 תהליך זה כולל שלושה שלבים:. הייצור של מאסטר בדוגמת באמצעות photolithography, יצירת בול PDMS, ו microcontact הדפסה של זהב מצופה המצע. בדוגמת פעם, אלה תרבות מצעים תאים המסוגלים חלבונים כליאת ו / או תאים (תאים ראשוניים או שורות תאים) לדפוס.
השימוש כימיה עצמית התאספו monolayer מאפשר שליטה מדויקת את החלבון / תא אזורים בדוגמת דבק ולא דבק אזורים; זו לא יכולה להיות מושגת באמצעות הטבעה חלבון ישיר. Hexadecanethiol, בשרשרת ארוכה alkane תיאול בשימוש בשלב ההדפסה microcontact, מייצרת משטח הידרופובי כי בקלות adsorbs חלבון מן הפתרון. גליקול, הסתיים תיאול, המשמש למלא את משבצות הלא מודפס אזורים של המצע, יוצר monolayer כי הוא עמיד חלבון ספיחה של התא ולכן הצמיחה. 6 אלה מונומרים תיאול לייצר monolayers מובנים מאוד שדווקא להגדיר אזורים של המצע שיכולים לתמוך חלבון ספיחה וצמיחה התא. כתוצאה מכך, מצעים אלה הם שימושיים עבור מגוון רחב של יישומים ממחקר של התנהגות אינטר 7 ליצירת המיקרואלקטרוניקה. 8
בעוד סוגים אחרים של כימיה monolayer שימשו לימודי תרבות התא, כולל עבודה מהקבוצה שלנו באמצעות trichlorosilanes ליצור דפוסים ישירות על מצעים זכוכית, 9 monolayers בדוגמת נוצר thiols alkane על זהב הם ישר קדימה להכין. יתר על כן, מונומרים משמש להכנת monolayer זמינים מסחרית, יציבה, ואינם דורשים טיפול או אחסון תחת אווירה אינרטי. מצעים בדוגמת שהוכן thiols alkane ניתן למחזר ולעשות בהם שימוש חוזר מספר פעמים, תוך שמירה על תא הכליאה 10.
1. הכנת המאסטר Patterned (איור 1)
הערה: לקבלת התוצאות הטובות ביותר, photopatterning צריך להתבצע cleanroom בסביבה.
2. הכנת PDMS בול (איור 2)
3. הכנת המצע זהב Patterned (איור 3)
הערה: "Piranha" הפתרון הוא נפץ בנוכחותם של תרכובות אורגניות.
4. מריחת חלבון תאים למצע Patterned
5. נציג תוצאות:
באיור 1. סכמטית כללי להכנת photolithographic של אמן בדוגמת. בתהליך זה, פרוסות סיליקון הוא לנקות עם אצטון, מצופה photoresist, נחשף דפוס של עניין, ואת תבנית מפותחת.
איור 2. הכללי סכמטית להכנת חותמת PDMS. בתהליך זה, המתאר בדוגמת מכוסה Sylgard (10:01 שרף: hardener), דה בגז בתוך תא ייבוש ואקום, נרפא בתנור ב 60 ° C, לחתוך לגודל.
איור 3. סכמטית הכללי דפוסים המצע. בתהליך זה, מצעים זכוכית מצופה טיטניום (50Å) וזהב (150Å) באמצעות המאייד אלומת אלקטרונים, בדוגמת ידי hexadecanethiol microcontact הדפסה באמצעות חותמת PDMS, backfilled עם thiols גליקול הסתיים alkane, ומצופה חלבון fluorescently שכותרתו.
איור 4. Patterned אב (א) ו PDMS בול (ב) מוכן בשיטות שתוארו. ברים סולם הם 100μm.
איור 5. סאמס Patterned דמיינו עם AlexaFluor 647 שכותרתו פיברונקטין (א) ו CHO-K1 הכליאה תא (B). ברים הם סולם 100 מיקרומטר.
איור 6. Patterned laminin seeded עם E18 נוירונים בהיפוקמפוס העכבר על 4 ימים במבחנה. AlexaFluor 350-מצומדות אנטי laminin הנוגדן משמש להדמיה דפוס (א) ו E18 נוירונים בהיפוקמפוס העכבר מגואלות MitoTracker האדום 580 (ב). ברים הם סולם 100 מיקרומטר.
איור 7. בעיות פוטנציאליות כהכנה המצע בדוגמת דמיינו ידי AlexaFluor 647-מצומדות פיברונקטין ספיחה. (א) מוביל ערבוב מספיק לחלבון ספיחה אחידה. (ב) בקשה לא אחידה של לחץ במהלך הטבעה מוביל להעברת פאטן חלקית. (ג) יתר לחץ במהלך הטבעה יכול להוביל חותמת קריסה. (ד) חשיפה של פני השטח בדוגמת לממשק מים באוויר במהלך השטיפה עלולה לגרום חלבון רקע ספיחה. ברים הם סולם 100 מיקרומטר.
איור 8. דפוסים שקוע יכול לייצר דפוסי קטן עם תכונות שקשה ההדפסה על ידי הדפסה microcontact קונבנציונאלי באוויר. תמונות (א) ו - (ב) להראות באזורים שונים של אותו דפוס, מודפס עם חותמת PDMS אותו באוויר (א) או מים deionized (B). 10μm רחב קווי תמיכה המקיפים את התבנית (נוסף כדי למנוע התמוטטות חותמת) נראים (A), לעומת זאת, תכונות נקודה קטן יותר כפי שמוצג (ב) לא נתפסים. זה מוכיח כי דפוס באוויר עובד היטב עבור תכונות גדולים יותר, אך הדפסה במים עשוי להיות נחוץ עבור דפוסים עם תכונות יותר. ברים סולם הם 20 מיקרומטר.
מחזור | האצת קצב (סל"ד / s) | מהירות סופית (סל"ד) | זמן (s) |
1 | 500 | 1000 | 5 |
2 | 3800 | 3800 | 30 |
טבלה 1.שני מחזור תוכנית ספין השתמשו כדי ליצור ציפוי עבה של 4.5 מיקרומטר AZ9245 על פרוסות סיליקון.
כדי להכין חותמות PDMS להקמת בדוגמת מצעים, שני photoresist הוא מפוברק הראשונה (איורים 1 ו - 4 א). האדון הוא ההופכי של חותמת, והוא נוצר באמצעות מערכת או ישיר לכתוב ליתוגרפיה או aligner המסכה. כאשר photoresist חיוביים, כגון AZ9245, משמש לייצור אב, רקיק להתנגד מצופה נחשף לאור עם אותו דפוס שיופיע על פני המצע הסופי. אמנם זה לא תמיד אפשרי, זה כבר דווח כי יחס אידיאלי (גודל תכונה להתנגד עובי) על אדונים חותמת PDMS היא 01:02. 13 מצאנו כי היבט ratios של 01:40 הם אפשריים, בהתאם לאופי דפוס. AZ9245 פרוסות סיליקון מצופה בתנאים שתוארו כאן לתת photoresist בעובי נומינלי של 4.5 מיקרומטר. מצאנו כי זה עובי AZ9245 ניתן להשתמש כדי לייצר אדונים PDMS עם תכונות, החל> 100 מיקרומטר עד 2 מיקרומטר.
בולים PDMS נוצקו מתוך Sylgard 182 (או 184 Sylgard) באמצעות האב מפוברק בין photoresist (איור 2). אדונים photoresist ניתן להשתמש מספר פעמים כדי ליצור עותקים רבים של בול אותו דבר. לאחר התקשות PDMS, בולים יוסרו מן האדון באמצעות סכין גילוח ואת חותמת וכתוצאה מכך ניתן דמיינו תחת מיקרוסקופ על ידי הצבת תכונה בצד חותמת על coverslip זכוכית (איור 4B)
תוצאות ביול פרופר בדפוס, חד חלבון ברור כי ניתן דמיינו ידי יישום של חלבון שכותרתו fluorescently (איורים 3 ו -5). לחלופין, אימונוהיסטוכימיה ניתן להשתמש כדי להמחיש את דפוס החלבון לאחר קיבוע תא (איור 6). צמיחת תאים מוגבל גם לדפוס חלבון הן שורות תאים ו הנציח תאים ראשוניים (איורים 5, 6).
בעוד טכניקה זו היא לשלוט בקלות, כמה בעיות נפוצות שעלולות להתעורר. היישום של חלבון ללא ערבוב מספקת פתרון החלבון מרוכזים DPBS יכול להוביל דפוסי חלבון אחידים (7 א 'איור). ביול לא נכון עלול להוביל להעברת דפוס חלקי או התמוטטות בול (איור 7 ב-C). בנוסף, לחשוף את המצע בדוגמת המכילים חלבון adsorbed לאוויר יכולים לשבש את monolayer גרימת התנגדות ירד ברקע (איור 7D). דפוסי מורכבת תכונות מאוד קטנה (<5 מיקרומטר) ו היבט ratios גבוהה לעתים קרובות דורשים שימוש הדפסה microcontact שקוע. במים הליך זה (3.5b) משמש כמחסום למניעת hexadecanethiol מהפקדת על מצע החיצוני של התבנית (איור 8). 14
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
מספר בעיות עלולות להתעורר בהפקת ליתוגרפיות של האמן משמש ליצירת חותמת PDMS. Underexposure של להתנגד מצופה תוצאות רקיק בדפוסי מעורפל ולא ברור וגם חשיפה של להתנגד מצופה תוצאות רקיק תכונות מוגדלים או חסר. באופן כללי, עם אדונים גדלים תכונה גדולה (> 10 מיקרומטר) קל יחסית לפתח דפוס, ?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
אין ניגודי אינטרסים הכריז.
ברצוננו להכיר את כל הקבוצה מאורר באוניברסיטת וושינגטון, אשר הידע הקולקטיבי הפך פרוטוקול זה אפשרי. מימון עבור עבודה זו מסופקת על ידי המכון הלאומי לבריאות הנפש (1R01MH085495).
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
שם מגיב | חברה | מספר קטלוגי | הערות (אופציונלי) |
---|---|---|---|
פרוסות הסיליקון | ופלה לתבוע שירותים | 2 אינטש | |
ספין coater / פלטה | ברואר המדע | Cee 200CB ספין אופים מערכת | |
AZ9245 photoresist | מייז כימיקלים | 105880034-1160 | |
ישיר לכתוב photolithography מערכת | Microtech srl | LW325 LaserWriter מערכת | |
מסכת Aligner | HTG | 3HR | |
AZ מפתחים 400K | מייז כימיקלים | 105880018-1160 | |
Sylgard סיליקון 182 אלסטומר Kit | Dow Corning | ||
לא 25 מ"מ. 1 כוס coverslips עגול | VWR | 16004-310 | |
פלזמה מחמצן | דינר | Femto | |
טיטניום חתיכות Kamis | Incorporated | 99.95% טהור | |
כדורי זהב | Kamis Incorporated | 99.999% טהור | |
אלומת אלקטרונים המאייד | קורט ג'Lesker | PVD 75 סרט דק הפקדת מערכת | עם אביזר קרן אלקטרונים |
Hexadecanethiol | אלפא Aesar | A11362 | |
1-mercaptoundec-11-י.ל.) טטרה (ethyleneglycol) | סיגמא אולדריץ | 674508 | |
אתנול | Pharmco-aaper | 111000200 | 200 הוכחה מוחלטת |
Parafilm | VWR | 52858-000 | |
DPBS | VWR | 4500-434 | ללא סידן ומגנזיום |
עכבר Laminin אני | VWR | 95036-762 | |
האדם פלזמה פיברונקטין | Invitrogen | 33016-015 | |
AlexaFluor ® 647 חומצה carboxylic, succinimidyl אסתר | Invitrogen | A-20006 | |
MitoTracker האדום 580 | Invitrogen | M22425 | |
AlexaFluor ® 350 חומצה carboxylic, אסתר succinimidyl | Invitrogen | A-10168 | |
Anti-laminin נוגדן | פישר סיינטיפיק | AB2034MI |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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