Изготовление микроструктурированного чипа с контролируемой толщиной для высокопроизводительной криогенной электронной микроскопии

Резюме

Недавно разработанный микроструктурированный чип с окнами оксида графена изготовлен с применением методов микроэлектромеханической системы, что позволяет эффективно и высокопроизводительно криогенную электронную микроскопию визуализировать различные биомолекулы и наноматериалы.

Аннотация

Основным ограничением для эффективного и высокопроизводительного структурного анализа биомолекул с использованием криогенной электронной микроскопии (крио-ЭМ) является сложность подготовки крио-ЭМ образцов с контролируемой толщиной льда на наноуровне. Микросхема на основе кремния (Si), которая имеет регулярный массив микроотверстей с окном оксида графена (GO), узорчатым на пленке нитрида кремния с контролируемой толщиной (Si_xN_y), была разработана с применением методов микроэлектромеханической системы (MEMS). УФ-фотолитография, химическое осаждение из паровой фазы, мокрое и сухое травление тонкой пленки, капельное литье 2D нанолистовых материалов использовались для массового производства микроструктурированных чипов с окнами GO. Глубина микроотверстей регулируется для контроля толщины льда по требованию, в зависимости от размера образца для крио-ЭМ-анализа. Благоприятное сродство GO к биомолекулам концентрирует биомолекулы, представляющие интерес, в микро-отверстии во время крио-ЭМ пробоподготовки. Микроструктурированный чип с окнами GO обеспечивает высокопроизводительную крио-ЭМ визуализацию различных биологических молекул, а также неорганических наноматериалов.

Введение

Криогенная электронная микроскопия (крио-ЭМ) была разработана для разрешения трехмерной (3D) структуры белков в их родном состоянии 1,2,3,4. Метод включает фиксацию белков в тонком слое (10-100 нм) стекловидного льда и получение проекционных изображений случайно ориентированных белков с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ТЭМ), при этом образец поддерживается при температуре жидкого азота. Тысячи и миллионы проекционных изображений получены и использованы для реконструкции 3D-структуры белка с помощью вычислительных алгоритмов

протокол

1. Изготовление микроструктурированного чипа с окнами GO (рисунок 1)

1. Нанесите нитрид кремния.
   1. Нанесите низконапряженный нитрид кремния (Si_xN_y) на обе стороны кремниевой пластины (диаметр 4 дюйма и толщина 100 мкм) с использованием химического осаждения из паровой фазы низкого давления (LPCVD) при 830 °C и давлении 150 мТорр, под потоком 170 sccm дихлорсилана (SiH₂Cl₂, DCS) и 38 sccm аммиака (NH₃).
   2. Используя скорость осаждения ~30 Å/мин, контролируйте толщину Si_xN_y в пределах 25-100 нм, изменяя время ос....

Результаты

Микроструктурированный чип с окнами GO был изготовлен путем изготовления MEMS и передачи нанолиста 2D GO. Чипы для микроструктурирования производились серийно, причем около 500 чипов производились из одной пластины 4 (рисунок 1B и рисунок 2A, B). Констру?.......

Обсуждение

Здесь представлены процессы микрофабрикации для производства микроструктурированных чипов с окнами GO. Изготовленный микроструктурированный чип предназначен для регулирования толщины стекловидного слоя льда путем контроля глубины микроотверстия с помощью окон GO в зависимости от р?.......

Материалы

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