Name: microfabrication of nanoporous gold patterns for cell-material interaction studies
Uploaded: 2013-07-15T12:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Microfabrication of Nanoporous Gold Patterns for Cell-material Interaction Studies at JoVE.com

O. Kurtulus en D. Dimlioglu worden ondersteund door een universiteit van Californië Laboratorium Toeslagen Research Program Award 12-LR-237197. P. Daggumati wordt ondersteund door een University of California Davis Research Investeringen in de Sciences &amp; Engineering (RISE) Award. CA Chapman wordt ondersteund door een Ministerie van Onderwijs Graduate Bijstand gebieden onder nationale Need Fellowship. Dit werk werd ondersteund door UC Lab Vergoedingen Research Program, UC Davis RISE, en UC Davis College of Engineering start-up middelen.

1. Nanoporeuze Gold Fabrication <ol><li> Clean substraten in Piranha oplossing <ol><li> Voeg 25 ml waterstofperoxide (30%) en 100 ml zwavelzuur (96%) in een kristallisatie-schaal en verwarm het mengsel tot 65 ° C op een kookplaat. LET OP: De vloeistoffen zijn extreem corrosief en moet met zorg worden behandeld. De verbruikte oplossing mag niet worden opgeslagen in een verzegelde container, aangezien deze kan exploderen. </li><li> Plaats 1-inch met 3 inch microscoop dia&#39;s in het mengsel met behulp van zuurbestendi...

<ol>
	<li>Arico, A. S., Bruce, P., Scrosati, B., Tarascon, J. M., Van Schalkwijk, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructured+materials+for+advanced+energy+conversion+and+storage+devices.">Nanostructured materials for advanced energy conversion and storage devices.</a> Nature Materials. 4, 366-377 (2005).</li><li>Roy, S., Gao, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructure-based+electrical+biosensors.">Nanostructure-based electrical biosensors.</a> Nano Today. 4, 318-334 (2009).</li><li>Chen, C. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA-decorated+carbon-nanotube-based+chemical+sensors+on+complementary+metal+oxide+semiconductor+circuitry.">DNA-decorated carbon-nanotube-based chemical sensors on complementary metal oxide semiconductor circuitry.</a> Nanotechnology. 21, 095504 (2010).</li><li>Lu, J., Rao, M. P., MacDonald, N. C., Khang, D., Webster, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+endothelial+cell+adhesion+and+proliferation+on+patterned+titanium+surfaces+with+rationally+designed,+micrometer+to+nanometer+features.">Improved endothelial cell adhesion and proliferation on patterned titanium surfaces with rationally designed, micrometer to nanometer features.</a> Acta Biomaterialia. 4, 192-201 (2008).</li><li>Wagner, V., Dullaart, A., Bock, A. K., Zweck, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+emerging+nanomedicine+landscape.">The emerging nanomedicine landscape.</a> Nat. Biotechnol. 24, 1211-1218 (2006).</li><li>Weissm&#252;ller, J., Newman, R., Jin, H., Hodge, A., Kysar, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theme+Article+-+Nanoporous+Metals+by+Alloy+Corrosion:+Formation+and+Mechanical+Properties.">Theme Article - Nanoporous Metals by Alloy Corrosion: Formation and Mechanical Properties.</a> Materials Research Society Bulletin. 34, 577-586 (2009).</li><li>Erlebacher, J., Aziz, M., Karma, A., Dimitrov, N., Sieradzki, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolution+of+nanoporosity+in+dealloying.">Evolution of nanoporosity in dealloying.</a> Nature. 410, 450-453 (2001).</li><li>Okman, O., Lee, D., Kysar, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+crack-free+nanoporous+gold+blanket+thin+films+by+potentiostatic+dealloying.">Fabrication of crack-free nanoporous gold blanket thin films by potentiostatic dealloying.</a> Scripta Mater. 63, 1005-1008 (2010).</li><li>Seker, E., Reed, M., Begley, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoporous+Gold:+Fabrication,+Characterization,+and+Applications.">Nanoporous Gold: Fabrication, Characterization, and Applications.</a> Materials. 2, 2188-2215 (2009).</li><li>Biener, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Size+effects+on+the+mechanical+behavior+of+nanoporous+Au.">Size effects on the mechanical behavior of nanoporous Au.</a> Nano Lett. 6, 2379-2382 (2006).</li><li>Senior, N., Newman, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+tough+nanoporous+metals+by+controlled+electrolytic+dealloying.">Synthesis of tough nanoporous metals by controlled electrolytic dealloying.</a> Nanotechnology. 17, 2311-2316 (2006).</li><li>Zielasek, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gold+catalysts:+Nanoporous+gold+foams.">Gold catalysts: Nanoporous gold foams.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 45, 8241-8244 (2006).</li><li>Wittstock, A., Biener, J., B&#228;umer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoporous+gold:+a+new+material+for+catalytic+and+sensor+applications.">Nanoporous gold: a new material for catalytic and sensor applications.</a> PCCP. 12, 12919-12930 (2010).</li><li>Shulga, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+characterization+of+porous+gold+and+its+application+as+a+platform+for+immobilization+of+acetylcholine+esterase.">Preparation and characterization of porous gold and its application as a platform for immobilization of acetylcholine esterase.</a> Chem. Mater. 19, 3902 (2007).</li><li>Shulga, O., Zhou, D., Demchenko, A., Stine, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+free+prostate+specific+antigen+(fPSA)+on+a+nanoporous+gold+platform.">Detection of free prostate specific antigen (fPSA) on a nanoporous gold platform.</a> The Analyst. 133, 319-322 (2008).</li><li>Seker, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+fabrication+of+low-impedance+nanoporous+gold+multiple-electrode+arrays+for+neural+electrophysiology+studies.">The fabrication of low-impedance nanoporous gold multiple-electrode arrays for neural electrophysiology studies.</a> Nanotechnology. 21, 125504 (2010).</li><li>Seker, E., Berdichevsky, Y., Staley, K. J., Yarmush, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfabrication-Compatible+Nanoporous+Gold+Foams+as+Biomaterials+for+Drug+Delivery.">Microfabrication-Compatible Nanoporous Gold Foams as Biomaterials for Drug Delivery.</a> Advanced Healthcare Materials. 1, 172-176 (2012).</li><li>Okman, O., Kysar, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfabrication+of+Nanoporous+Gold.">Microfabrication of Nanoporous Gold.</a> Nanoporous Gold: From an Ancient Technology to a High-Tech Material. 22, 69 (2012).</li><li>Lee, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfabrication+and+mechanical+properties+of+nanoporous+gold+at+the+nanoscale.">Microfabrication and mechanical properties of nanoporous gold at the nanoscale.</a> Scripta Mater. 56, 437-440 (2007).</li><li>Seker, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+post-fabrication+annealing+on+the+mechanical+properties+of+freestanding+nanoporous+gold+structures.">The effects of post-fabrication annealing on the mechanical properties of freestanding nanoporous gold structures.</a> Acta Mater. 55, 4593-4602 (2007).</li><li>Parida, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Volume+change+during+the+formation+of+nanoporous+gold+by+dealloying.">Volume change during the formation of nanoporous gold by dealloying.</a> Phys. Rev. Lett. 97, 35504-35506 (2006).</li></ol>

We laten twee verschillende technieken om micropattern np-Au films voor het uitbreiden van het gebruik van deze films in microsystemen en biologische studies. Sputter-coating goud en zilver is een veelzijdige methode voor np-Au patronen, zoals sputteren is compatibel met conventionele microfabricage processen en de legering samenstelling en dikte kan gemakkelijk worden geregeld door de afzonderlijke sputteren gun bevoegdheden (voor goud en zilver targets) en respectievelijk de afzetting tijd. Typische np-Au laagdikte be...

<p class="jove_content"&gt; Materialen met nano-schaal functies hebben aangetoond belofte in het verbeteren van diverse toepassingen, zoals brandstofcellen<sup&gt; 1</sup&gt;, Sensors<sup&gt; 2,3</sup&gt; En biomedische apparaten<sup&gt; 4,5</sup&gt;. Een relatief nieuw materiaal nanoporeuze gold (np-Au), die wordt geproduceerd door een nano-schaal zelfassemblage proces. De voorloper van np-Au is een gouden legering die meestal bestaat uit zilver op 60% tot 80% door atomaire percentage. Kort, de karakteristieke open poriën nanostructuur is het resultaat van herschikking van goudatomen clusters als zilver wordt opgelost door een sterk zuur (<em&gt; Bv</em&gt; Salpeterzuur 70%) of op grond van een elektrochemische potentiaal<sup&gt; 6-8</sup&gt;. Np-Au profiteert van verschillende wenselijke eigenschappen, waaronder grote effectieve oppervlak, hoge elektrische geleidbaarheid, gevestigde oppervlak functionalisering technieken, en biocompatibiliteit<sup&gt; 9</sup&gt;. Ook al is er sprake van een snelle uitbreiding van de studies over np-Au, de meeste van hen richten zich op de mechanische eigenschappen np-Au&#39;s<sup&gt; 10,11</sup&gt;, Katalytische activiteit<sup&gt; 12</sup&gt; En biomoleculaire sensing prestaties<sup&gt; 13-15</sup&gt;. Terwijl de wenselijke eigenschappen zijn zeer nuttig voor verschillende biomedische hulpmiddelen<sup&gt; 16,17</sup&gt;, Zijn de toepassingen op dit gebied beperkt gebleven. Een mogelijke reden hiervoor is dat de meeste studies hebben hoofdzakelijk gebruikt macroschaal specimens (<em&gt; Bv</em&gt; Vellen, folies, en blokken) en de technieken voor het opnemen van np-Au in geminiaturiseerde systemen zijn gebleven ontoereikend. In feite zijn er slechts een handvol voorbeelden van het gebruik van conventionele microfabricage technieken die np-Au films in dienst<sup&gt; 16-20</sup&gt;. Met de komst van miniaturisatie technologie en de noodzaak van nieuwe biomedische tools, is het van cruciaal belang om te kunnen integreren in nieuwe materialen apparaten. Dit vereist gewoonlijk dat de materialen kunnen worden gedeponeerd en met conventionele microfabricage technieken patroon. Bovendien, snelle kwantificering van celmateriaal interacties is vaak noodzakelijk om de biocompatibiliteit van een nieuw materiaal te evalueren. Het doel van deze paper is om de basistechnieken te tonen aan micropattern np-Au films en kwantificeren zowel nanostructuur en cel-materiaal interacties via digitale beeldverwerking.</p

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>Name of Reagent/Material</td>
 <td>Company</td>
 <td>Catalog Number</td>
 <td>Comments</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Gold target</td>
 <td>Lesker</td>
 <td>EJTAUXX403A2</td>
 <td >Precursor to alloy for producing np-Au</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Chrome target</td>
 <td>Lesker</td>
 <td>EJTCRXX353A2</td>
 <td >Adhesive layer</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Silver target</td>
 <td>Lesker</td>
 <td>EJTAGXX403A2</td>
 <td >Precursor to alloy for producing np-Au</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Porcelain boat</td>
 <td>Thomas Scientific </td>
 <td>8542E40</td>
 <td >Used for processing small samples</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Nitric acid</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>43873</td>
 <td >Used at 70% for dealloying</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Sulfuric acid</td>
 <td>J.T Baker </td>
 <td>7664-93-9</td>
 <td >Used at 96% for piranha cleaning</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Hydrogen peroxide</td>
 <td>J.T Baker </td>
 <td>7722-84-1</td>
 <td >Used at 30% for piranha cleaning</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Biopsy punches</td>
 <td>Ted Pella</td>
 <td>150xx</td>
 <td >Available in several sizes</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Silicone elastomer sheets</td>
 <td>Rogers Corporation </td>
 <td>HT 6240</td>
 <td >Available in several thicknesses</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Hexamethyldisilazane</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>440191-100ML</td>
 <td >Used as adhesion promoter for positive resist</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Microposit MF CD26</td>
 <td>Shipley</td>
 <td>38490</td>
 <td >Positive photoresist developer</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>PRS 3000</td>
 <td>J.T Baker</td>
 <td>JT6403-5</td>
 <td >Positive photoresist stripper</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Circular glass coverslips (12 mm)</td>
 <td>Ted Pella</td>
 <td>26023</td>
 <td >Used as substrate for metal patterns and cell culture</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Glass slides (1 x 3 inch)</td>
 <td>Ted Pella</td>
 <td>26007</td>
 <td >Used as substrate for metal patterns</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Kapton polyimide tape</td>
 <td>VWR</td>
 <td>82030-950</td>
 <td >Used for securing elastomer</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Transparency masks</td>
 <td>Output City</td>
 <td></td>
 <td>Used in photolithography <a href="http://www.outputcity.com/" target="_blank">http://www.outputcity.com/</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Plasma cleaner</td>
 <td>Harrick Plasma</td>
 <td>PDC-32G</td>
 <td >Used for activating glass surfaces</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Sputtering machine</td>
 <td>Kurt J. Lesker</td>
 <td>LAB18</td>
 <td >Used for depositing metals</td>
 </tr>
 </tbody>
 </table>

microfabrication of nanoporous gold patterns for cell-material interaction studies

Nanostructuurmaterialen met functie maten in tientallen nanometers hebben versterkt de prestaties van verschillende technologieën, zoals brandstofcellen, biosensoren, biomedische apparaat coatings en drug delivery gereedschappen. Nanoporeuze goud (np-Au), geproduceerd door een nano-schaal zelf-assemblage proces, is een relatief nieuw materiaal dat grote effectieve oppervlak, hoge elektrische geleidbaarheid en katalytische activiteit vertoont. Deze eigenschappen hebben np-Au maakte een aantrekkelijk materiaal om wetenschappelijke gemeenschap. De meeste studies over np-Au dienst macro-schaal monsters en zich richten op de fundamentele wetenschap van de stof en de katalytische en sensor toepassingen. De macro-schaal exemplaren beperken potentiële np-Au in geminiaturiseerde systemen, waaronder biomedische apparaten. Om deze problemen aan te pakken, hebben we in eerste instantie beschrijven twee verschillende methoden om micropattern np-Au dunne films op harde ondergronden. De eerste methode maakt gebruik van handmatig geproduceerd stencil maskers voor het creëren van millimeter-schaal np-Au patronen, while de tweede methode maakt gebruik van lift-off fotolithografie op patroon sub-millimeter-schaal patronen. Als np-Au dunne films verkregen door sputter-afzetting verenigbaar zijn met conventionele microfabricage technieken, waardoor vatbaar voor gemakkelijke integratie in microsystemen. Deze systemen omvatten elektrisch-adresseerbare biosensor platformen die profiteren van de hoge effectieve oppervlak, elektrische geleidbaarheid, en goud-thiol-gebaseerde oppervlak bioconjugatie. We beschrijven celkweek, immunokleuring en beeldverwerkingstechnieken te np-Au van interactie met zoogdiercellen, wat een belangrijke parameter prestaties van sommige biosensoren kwantificeren. We verwachten dat de hier getoonde technieken integratie van np-Au zal helpen platforms op verschillende lengteschalen en in talrijke toepassingen, zoals biosensoren, opslagsystemen en katalysatoren.

Figuur 1 schetst de belangrijkste procedurele stappen, waaronder het creëren van de np-Au patronen, het kweken van cellen, het kwantificeren van de nanostructuur, en karakteriseren celmorfologieën. Het elastomeer stencil figuur 2a (geplaatst) wordt gebruikt voor het maken van np-Au patronen in de beelden hieronder. Figuur 2b is een foto van het porselein boot batch processing specimens. Figuur 2c toont de kleurverandering van het afgezette metaal patr...

Watch this Scientific Journal Video about Microfabrication of Nanoporous Gold Patterns for Cell-material Interaction Studies at JoVE.com

Microfabrication of Nanoporous Gold Patterns for Cell-material Interaction Studies

Wij rapporteren over technieken micropattern nanoporeuze gouden dunne films via stencilafdruk en fotolithografie, alsook werkwijzen cultuur brengen van cellen op microschaal vervaardigde patronen. Verder beschrijven we beeld analysemethoden morfologie van het materiaal en de gekweekte cellen met behulp van scanning elektronenmicroscopie en fluorescentie microscopie technieken karakteriseren.

Microfabricage van Nanoporeuze Gold Patronen voor Cell-materiaal Interaction Studies

Nanostructured materials with feature sizes in tens of nanometers have enhanced the performance of several technologies, including fuel cells, biosensors, ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Studying Cell Rolling Trajectories on Asymmetric Receptor Patterns

Studeren Cell Rolling Trajecten op Asymmetrische Receptor Patterns

Lateral displacement of cells orthogonal to a flow stream by rolling on asymmetric receptor patterns presents an opportunity for development of new ...

Synthesis, Assembly, and Characterization of Monolayer Protected Gold Nanoparticle Films for Protein Monolayer Electrochemistry

Synthese, Vergadering, en de karakterisatie van monolaag Protected gouden nanodeeltjes Films voor eiwit monolaag Elektrochemie

Colloidal gold nanoparticles protected with alkanethiolate ligands called monolayer protected gold clusters (MPCs) are synthesized and subsequently ...

Millifluidics for Chemical Synthesis and Time-resolved Mechanistic Studies

Millifluidics voor chemische synthese en Tijdopgeloste mechanistische studies

Procedures utilizing millifluidic devices for chemical synthesis and time-resolved mechanistic studies are described by taking three examples. In the ...

A Novel Three-dimensional Flow Chamber Device to Study Chemokine-directed Extravasation of Cells Circulating under Physiological Flow Conditions

A Novel Driedimensionale Flow Kamer Device aan chemokine-gerichte extravasatie van Cellen doorgeven Studie onder Fysiologische stroomtoestanden

Extravasation of circulating cells from the bloodstream plays a central role in many physiological and pathophysiological processes, including stem cell ...

Electronic Tongue Generating Continuous Recognition Patterns for Protein Analysis

Elektronische tong genereren Continuous Erkenning Patronen voor Protein Analysis

In current protocol, a combinatorial approach has been developed to simplify the design and production of sensing materials for the construction of ...

Sandwich-like Microenvironments to Harness Cell/Material Interactions

Sandwich-achtige microenvironments Harness Cell / Material Interactions

Cell culture has been traditionally carried out on bi-dimensional (2D) substrates where cells adhere using ventral receptors to the biomaterial surface. ...

Preparation and Photoacoustic Analysis of Cellular Vehicles Containing Gold Nanorods

Voorbereiding en Fotoakoestisch Analyse van Cellular Voertuigen die goud nanorods

Gold nanorods are attractive for a range of biomedical applications, such as the photothermal ablation and the photoacoustic imaging of cancer, thanks to ...

Neonatal Cardiac Scaffolds: Novel Matrices for Regenerative Studies

Neonatale Cardiac Steigers: Novel Matrices voor Regenerative Studies

The only definitive therapy for end stage heart failure is orthotopic heart transplantation.  Each year, it is estimated that more than 100,000 donor ...

Synthesis of Functionalized 10-nm Polymer-coated Gold Particles for Endothelium Targeting and Drug Delivery

Synthese van matiemaatschappij 10-nm polymeer beklede gouddeeltjes voor endotheel Targeting en Drug Delivery

Gold nanoparticles (AuNPs) have been used extensively in medical research due to their size, biocompatibility, and modifiable surface. Specific targeting ...

Fabrication of a Multiplexed Artificial Cellular MicroEnvironment Array

Fabricage van een Multiplexed kunstmatige cellulaire communicatie Array

Cellular microenvironments consist of a variety of cues, such as growth factors, extracellular matrices, and intercellular interactions. These cues are ...