Name: microfabrication of nanoporous gold patterns for cell-material interaction studies
Uploaded: 2013-07-15T12:00:00
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O. Kurtulus und D. Dimlioglu werden von einem Labor der University of California Gebühren Research Program Auszeichnung 12-LR-237197 unterstützt. P. Daggumati wird durch eine University of California Davis Research Investments im Sciences &amp; Engineering (RISE) Zuschlagskriterien unterstützt. CA Chapman wird von einem Department of Education Graduate Assistance Bereiche der nationalen Need Fellowship unterstützt. Diese Arbeit wurde von UC Lab Gebühren Research Program, UC Davis RISE und UC Davis College of Engineering Anschubfinanzierung unterstützt.

1. Gold-Fabrication Nanoporöse <ol><li> Saubere Substrate in Piranha-Lösung <ol><li> In 25 ml Wasserstoffperoxid (30%) auf 100 ml Schwefelsäure (96%) in einem Kristallisationsschale und die Mischung auf 65 ° C auf einer Heizplatte. ACHTUNG: Die Flüssigkeiten sind extrem ätzend und muss mit Vorsicht behandelt werden. Die verbrauchte Lösung sollte nicht in einem verschlossenen Behälter aufbewahrt werden, da sie explodieren können. </li><li> Platz 1-Zoll mit 3-Zoll-Objektträgern in die Mischung unter Verwendung...

<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. 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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. 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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>

Wir zeigen zwei verschiedene Techniken, um Mikrostruktur np-Au Filme für den Ausbau der Nutzung dieser Filme in der Mikrosystemtechnik und biologische Studien. Sputter-Beschichtung Gold und Silber ist eine vielseitige Methode, um np-Au-Muster zu erstellen, wie Sputtern ist kompatibel mit konventionellen microfabrication Prozesse und die Legierung Zusammensetzung und Dicke leicht durch Variation der einzelnen Sputterkanone Mächten gesteuert werden kann (für Gold-und Silber-Ziele) und die Abscheidung jeweils. Typische ...

<p class="jove_content"&gt; Materialien mit nanoskaligen Eigenschaften haben Versprechen in Weiterentwicklung von verschiedenen Anwendungen, einschließlich Brennstoffzellen gezeigt<sup&gt; 1</sup&gt;, Sensoren<sup&gt; 2,3</sup&gt; Und biomedizinische Geräte<sup&gt; 4,5</sup&gt;. Ein relativ neues Material nanoporöse Gold (Au-np), die durch eine nanoskalige Selbstorganisation hergestellt wird. Der Vorläufer np-Au ist eine Goldlegierung, die am häufigsten aus Silber bei 60% bis 80% bezogen auf Atomprozent. Kurz gesagt, ist die charakteristische offenporigen Nanostruktur das Ergebnis der Neuordnung der Goldatome in Clustern als Silber mit einer starken Säure aufgelöst wird (<em&gt; ZB</em&gt; Salpetersäure 70%) oder in einem elektrochemischen Potenzial<sup&gt; 6-8</sup&gt;. Np-Au Nutzen verschiedener wünschenswerte Eigenschaften, einschließlich der großen effektiven Oberfläche, eine hohe elektrische Leitfähigkeit, etablierte Oberfläche Funktionalisierungstechniken und Biokompatibilität<sup&gt; 9</sup&gt;. Auch wenn es eine schnelle Ausweitung der Studien auf np-Au, die meisten von ihnen auf die mechanischen Eigenschaften np-Au Konzentrieren<sup&gt; 10,11</sup&gt;, Katalytische Aktivität<sup&gt; 12</sup&gt; Und molekularbiologische Erfassungsleistung<sup&gt; 13-15</sup&gt;. Während die wünschenswerte Eigenschaften sind sehr nützlich für verschiedene biomedizinische Werkzeuge<sup&gt; 16,17</sup&gt; Haben die Anwendungen in diesem Bereich begrenzt. Ein möglicher Grund dafür ist, dass die meisten Studien haben überwiegend Makroebene Proben verwendet (<em&gt; ZB</em&gt; Der Bleche, Folien und Barren) und die Techniken zur Einarbeitung np-Au in miniaturisierten Systemen blieben unzureichend. In der Tat gibt es nur eine Handvoll Beispiele für die Verwendung herkömmlicher Mikrofabrikationstechniken die np-Au Filme beschäftigen<sup&gt; 16-20</sup&gt;. Mit dem Aufkommen der Technologie Miniaturisierung und die Notwendigkeit für neue biomedizinische Tools, hat es von entscheidender Bedeutung, um in der Lage sein, um neue Materialien in die Geräte zu integrieren. Dies erfordert in der Regel, dass die Materialien aufgebracht und strukturiert werden können mit herkömmlichen Mikrofabrikationstechniken. Außerdem ist eine schnelle Quantifizierung von Zellmaterial Wechselwirkungen häufig notwendig, die Biokompatibilität eines neuen Materials zu bewerten. Das Ziel dieser Arbeit ist es, grundlegende Techniken zur Mikrostruktur np-Au Filme zeigen und zu quantifizieren sowohl Nanostruktur und Zell-Material-Wechselwirkungen über digitale Bildverarbeitung.</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

Nanostrukturierte Materialien mit Strukturgrößen in zehn Nanometern haben die Leistung von mehreren Technologien, einschließlich Brennstoffzellen, Biosensoren, biomedizinischen Beschichtungen und Drug-Delivery-Tools erweitert. Nanoporöse Gold (np-Au), durch eine Nano-Self-Assembly-Verfahren hergestellt, ist ein relativ neues Material, das großen wirksamen Oberfläche, hohe elektrische Leitfähigkeit und katalytische Aktivität aufweist. Diese Eigenschaften haben np-Au ein attraktives Material für die wissenschaftliche Gemeinschaft. Die meisten Studien auf np-Au beschäftigen Makroebene Proben und konzentrieren sich auf die Grundlagenforschung des Materials und seiner katalytischen und Sensor-Anwendungen. Die Makro-Skala Exemplare begrenzen np-Au Potenzial in miniaturisierten Systemen, einschließlich biomedizinische Geräte. Um diese Probleme anzugehen, haben wir zunächst beschreiben zwei verschiedene Methoden zur Mikrostruktur np-Au Dünnschichten auf starren Substraten. Die erste Methode beschäftigt manuell hergestellt Stencilmasken zum Erstellen Millimeter-Skala np-Au-Muster, while die zweite Methode verwendet lift-off Photolithographie Muster Sub-Millimeter-Skala-Muster. Da die np-Au Dünnschichten durch Sputter-Abscheidung erhalten werden, sind sie kompatibel mit herkömmlichen Mikrofabrikationstechniken, wodurch zugänglich facile Integration in Mikrosysteme. Diese Systeme umfassen elektrisch adressierbaren Biosensorplattformen profitieren vom hohen effektiven Oberfläche, die elektrische Leitfähigkeit und Gold-Thiol-basierte Oberfläche Biokonjugation. Wir beschreiben Zellkultur, Immunfärbung und Bildverarbeitung Techniken np-Au Interaktion mit Säugerzellen, die ein wichtiger Performance-Parameter für einige Biosensoren ist zu quantifizieren. Wir erwarten, dass die hier dargestellten Techniken wird die Integration von np-Au in Plattformen unterstützen auf verschiedenen Längenskalen und in zahlreichen Anwendungen, einschließlich Biosensoren, Energiespeicher und Katalysatoren.

Abbildung 1 fasst die wichtigsten Verfahrensschritte, einschließlich der Erstellung der np-Au-Muster, das Kultivieren von Zellen, die Quantifizierung der Nanostruktur und Charakterisierung Zellmorphologien. Das Elastomer Schablone in 2a gezeigt (oben) ist für die Erstellung der np-Au-Muster in den Bildern unten gezeigt werden. 2b ist ein Foto von der Porzellan-Boot für die Batch-Verarbeitung Proben. Abbildung 2c zeigt die Farbänderung der abgeschied...

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Microfabrication of Nanoporous Gold Patterns for Cell-material Interaction Studies

Wir berichten über Techniken zur Mikrostruktur nanoporöse Gold Dünnschichten durch Schablonendruck und Photolithographie, sowie Verfahren zur Kultivierung von Zellen auf den mikrofabrizierten Muster. Darüber hinaus beschreiben wir Bildanalysemethoden der Morphologie des Materials und der kultivierten Zellen mit dem Rasterelektronenmikroskop und Fluoreszenzmikroskopie zu charakterisieren.

Microfabrication von Nanoporöse Gold-Patterns für Zell-Material-Interaktion 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

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Studieren Zellrollen Trajectories auf Asymmetric Rezeptor Patterns

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

Forschung

Biotechnik

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Synthesis, Assembly und Charakterisierung von Monolayer Protected Gold-Nanopartikeln Films für die Protein-Monoschicht Elektrochemie

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