Yüksek Verimli Kriyojenik Elektron Mikroskobu için Kontrollü Kalınlığa Sahip Mikro Desenli Çip İmalatı

Özet

Grafen oksit pencereli yeni geliştirilen mikro desenli çip, mikroelektromekanik sistem teknikleri uygulanarak üretilir ve çeşitli biyomoleküllerin ve nanomalzemelerin verimli ve yüksek verimli kriyojenik elektron mikroskopisi görüntülemesini sağlar.

Özet

Kriyojenik elektron mikroskobu (kriyo-EM) kullanılarak biyomoleküllerin verimli ve yüksek verimli yapı analizi için önemli bir sınırlama, nano ölçekte kontrollü buz kalınlığına sahip kriyo-EM numunelerinin hazırlanmasının zorluğudur. Kalınlığı kontrol edilen silikon nitrür (Si_xN_y) filmi üzerine desenli grafen oksit (GO) pencereli düzenli bir mikro delik dizisine sahip olan silikon (Si) bazlı çip, mikroelektromekanik sistem (MEMS) teknikleri uygulanarak geliştirilmiştir. UV fotolitografisi, kimyasal buhar birikimi, ince filmin ıslak ve kuru aşındırılması ve 2D nanosheet malzemelerin damla dökümü, GO pencereli mikro desenli çiplerin seri üretimi için kullanılmıştır. Mikro deliklerin derinliği, kriyo-EM analizi için numunenin boyutuna bağlı olarak, talep üzerine buz kalınlığını kontrol etmek için düzenlenir. GO'nun biyomoleküllere olan olumlu afinitesi, kriyo-EM numune hazırlama sırasında ilgilenilen biyomolekülleri mikro delik içinde yoğunlaştırır. GO pencereli mikro desenli çip, çeşitli biyolojik moleküllerin yanı sıra inorganik nanomalzemelerin yüksek verimli kriyo-EM görüntülemesini sağlar.

Giriş

Kriyojenik elektron mikroskobu (kriyo-EM), proteinlerin üç boyutlu (3D) yapısını doğal hallerinde 1,2,3,4 olarak çözmek için geliştirilmiştir. Teknik, proteinleri ince bir vitreus buzu tabakasına (10-100 nm) sabitlemeyi ve bir iletim elektron mikroskobu (TEM) kullanarak rastgele yönlendirilmiş proteinlerin projeksiyon görüntülerini elde etmeyi içerir. Binlerce ila milyonlarca projeksiyon görüntüsü elde edilir ve hesaplama algoritmaları ile proteinin 3B yapısını yeniden yapılandırmak için kullanılır ^5,6

Protokol

1. GO pencereli mikro desenli çip imalatı (Şekil 1)

1. Silisyum nitrürü biriktirin.
   1. 830 ° C'de düşük basınçlı kimyasal buhar biriktirme (LPCVD) ve 150 mTorr basınç kullanarak, 170 sccm diklorosilane (SiH₂Cl₂, DCS) ve 38 sccm amonyak (NH₃) akışı altında Si gofretin her iki tarafında (4 inç çapında ve 100 μm kalınlıkta) düşük gerilimli silikon nitrür (Si_xN_y) biriktirin.
   2. ~30 Å/dak biriktirme hızı kullanarak, biriktirme süresini değiştirerek Si_xN_y kalınlığını 25-100 nm aralığında olacak şekilde kontrol edin.<....

Sonuçlar

GO pencereli mikro desenli bir çip, MEMS üretimi ve 2D GO nanosheet transferi ile üretildi. Mikro modelleme için çipler seri olarak üretildi ve gofretteki bir 4'ten yaklaşık 500 çip üretildi (Şekil 1B ve Şekil 2A, B). Mikro desenli çiplerin tasarımları, fotolitografi prosedürü sırasında krom maskesinin farklı tasarımları kullanılarak manipüle edilebilir (Şekil 2). Fabrikasyon mikro desenli ?.......

Tartışmalar

GO pencereli mikro desenli çipler üretmek için mikrofabrikasyon süreçleri burada tanıtılmaktadır. Fabrikasyon mikro desenli çip, analiz edilecek malzemenin boyutuna bağlı olarak mikro deliğin derinliğini GO pencereleri ile kontrol ederek vitreus buz tabakasının kalınlığını düzenlemek için tasarlanmıştır. GO pencereli mikro desenli bir çip, bir dizi MEMS tekniği ve bir 2D nanosheet transfer yöntemi kullanılarak üretildi (Şekil 1). MEMS imalat tekniğini kullanma.......

Malzemeler

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