Name: microfabrication of nanoporous gold patterns for cell-material interaction studies
Uploaded: 2013-07-15T12:00:00
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O. Kurtulus et D. Dimlioglu sont pris en charge par un laboratoire Frais de recherche Award Program Université de Californie 12-LR-237197. P. Daggumati est soutenu par l&#39;Université de Californie à Davis investissements dans la recherche en sciences et ingénierie Award (RISE). CA Chapman est soutenu par un ministère de l&#39;Éducation zones d&#39;assistance supérieures de Besoin Bourse Nationale. Ce travail a été soutenu par UC Lab Honoraires Programme de recherche, UC Davis RISE et UC Davis College de fonds ingénierie start-up.

1. Nanoporeux Fabrication d&#39;or <ol><li> Substrats propres dans une solution Piranha <ol><li> Ajouter 25 ml de peroxyde d&#39;hydrogène (30%) à 100 ml d&#39;acide sulfurique (96%) dans une boite de Pétri et porter le mélange à 65 ° C sur une plaque chauffante. ATTENTION: Les liquides sont extrêmement corrosifs et doivent être manipulés avec soin. La solution passé ne devrait pas être conservé dans un récipient hermétique, elle pourrait exploser. </li><li> La place de 1 pouce par des lames de microscop...

<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>

Nous démontrons deux techniques différentes pour micromotif np-Au films pour étendre l&#39;utilisation de ces films dans des microsystèmes et des études biologiques. Or pulvérisation cathodique et de l&#39;argent est une méthode polyvalente pour créer np-Au modèles, comme la pulvérisation est compatible avec les procédés de microfabrication conventionnelles et la composition de l&#39;alliage et l&#39;épaisseur peut être facilement contrôlée en faisant varier les pouvoirs d&#39;armes à feu de pulvérisat...

<p class="jove_content"&gt; Matériaux avec des fonctionnalités nano-échelle ont montré des résultats prometteurs dans l&#39;amélioration de diverses applications, y compris les piles à combustible<sup&gt; 1</sup&gt; Capteurs,<sup&gt; 2,3</sup&gt; Et dispositifs biomédicaux<sup&gt; 4,5</sup&gt;. Un nouveau matériau est relativement or nanoporeux (np-Au), qui est produite par un procédé d&#39;auto-assemblage à l&#39;échelle nanométrique. Le précurseur de np-Au est un alliage d&#39;or qui se compose le plus souvent de l&#39;argent de 60% à 80% en pourcentage atomique. En bref, la nanostructure à pores ouverts caractéristique est le résultat d&#39;un réarrangement d&#39;atomes d&#39;or dans les amas comme l&#39;argent est dissous par un acide fort (<em&gt; Par exemple</em&gt; Acide nitrique à 70%) ou en vertu d&#39;un potentiel électrochimique<sup&gt; 6-8</sup&gt;. Np-Au bénéficie de plusieurs attributs souhaitables, y compris une grande surface efficace et de haute conductivité électrique, les techniques de fonctionnalisation surface bien établies, et la biocompatibilité<sup&gt; 9</sup&gt;. Même si il ya eu une expansion rapide des études sur np-Au, la plupart d&#39;entre eux se concentrer sur les propriétés mécaniques de np-Au<sup&gt; 10,11</sup&gt;, L&#39;activité catalytique<sup&gt; 12</sup&gt;, Et biomoléculaire performances de détection<sup&gt; 13-15</sup&gt;. Bien que les caractéristiques souhaitables sont très utiles pour plusieurs outils biomédicaux<sup&gt; 16,17</sup&gt; Les applications dans ce domaine ont été limitées. Une raison possible à cela est que la plupart des études ont principalement utilisé des spécimens macro-échelle (<em&gt; Par exemple</em&gt; Feuilles, feuilles, et lingots) et les techniques d&#39;incorporation np-Au dans les systèmes miniaturisés sont restés insuffisants. En fait, il ya seulement une poignée d&#39;exemples de l&#39;utilisation de techniques de microfabrication conventionnelles qui emploient np-Au cinéma<sup&gt; 16-20</sup&gt;. Avec l&#39;avènement de la technologie de la miniaturisation et le besoin de nouveaux outils biomédicaux, il est devenu essentiel d&#39;être en mesure d&#39;intégrer de nouveaux matériaux dans des dispositifs. Cela nécessite généralement que les matériaux peuvent être déposés et modelé avec des techniques de microfabrication conventionnelles. En outre, la quantification rapide des interactions cellule-matériau est généralement nécessaire d&#39;évaluer la biocompatibilité d&#39;un nouveau matériau. Le but de ce papier est de démontrer les techniques de base pour micromotif np-Au films et de quantifier à la fois nanostructure et les interactions cellule-matériau par traitement d&#39;image numérique.</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

Les matériaux nanostructurés avec des tailles de fond dans des dizaines de nanomètres ont amélioré la performance de plusieurs technologies, y compris les piles à combustible, les biocapteurs, les revêtements d&#39;appareils biomédicaux et les outils d&#39;administration de médicaments. Or nanoporeux (np-Au), produite par un processus d&#39;auto-assemblage de nano-échelle, est un matériau relativement nouveau qui présente une grande surface effective, une conductivité électrique élevée, et l&#39;activité catalytique. Ces propriétés ont fait np-Au un matériau intéressant pour la communauté scientifique. La plupart des études sur np-Au emploient spécimens macro-échelle et de se concentrer sur la science fondamentale de la matière et ses applications catalytiques et le capteur. Les spécimens macro-échelle limitent le potentiel de np-Au dans les systèmes miniaturisés, y compris les appareils biomédicaux. Afin de répondre à ces questions, nous décrivons d&#39;abord deux méthodes différentes pour micromotif np-Au couches minces sur des substrats rigides. La première méthode utilise des masques pochoir produits manuellement pour créer l&#39;échelle millimétrique np-Au modèles, tout en recueillante la seconde méthode utilise lift-off photolithographie pour motif motifs sub-millimétrique échelle. Comme les films minces np-Au sont obtenus par un procédé de pulvérisation-dépôt, ils sont compatibles avec les techniques de microfabrication conventionnelles, ce qui se prêtent à l&#39;intégration facile dans des microsystèmes. Ces systèmes comprennent électriquement adressables plateformes de biocapteurs qui bénéficient d&#39;une grande zone efficace de la surface, la conductivité électrique, et bioconjugaison de surface à base de thiol-or. Nous décrivons la culture cellulaire, immunologique, et des techniques de traitement d&#39;images pour quantifier l&#39;interaction np-Au avec des cellules de mammifères, ce qui est un paramètre important de la performance pour certains biocapteurs. Nous nous attendons à ce que les techniques illustrées ici vont faciliter l&#39;intégration des np-Au dans les plates-formes à différentes échelles de longueur et dans de nombreuses applications, y compris des biocapteurs, des systèmes de stockage d&#39;énergie, et des catalyseurs.

La figure 1 présente les principales étapes de la procédure, y compris la création des modèles np-Au, la culture de cellules, la quantification de la nanostructure, et la caractérisation des morphologies cellulaires. Le pochoir en élastomère montre la figure 2a (en haut) est utilisé pour créer les modèles np-Au représentés dans les images en dessous. Figure 2b est une photographie du bateau de la porcelaine pour les spécimens de traitement par lots. <stron...

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Microfabrication of Nanoporous Gold Patterns for Cell-material Interaction Studies

Nous rapportons sur les techniques à micromotif nanoporeux films minces d&#39;or via l&#39;impression par stencil et la photolithographie, ainsi que des méthodes pour cultiver des cellules sur les modèles micro-usinés. En outre, nous décrivons des méthodes d&#39;analyse d&#39;images pour caractériser la morphologie du matériau et des cellules cultivées à l&#39;aide électronique à balayage et les techniques de microscopie à fluorescence.

Microfabrication de Patterns d&#39;or nanoporeux d&#39;études sur l&#39;interaction cellule-matériau

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

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