Name: microfabrication of nanoporous gold patterns for cell-material interaction studies
Uploaded: 2013-07-15T12:00:00
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O. Kurtulus e D. Dimlioglu sono supportati da una Università della California Laboratorio Commissioni Research Award Program 12-LR-237197. P. Daggumati è supportato da una University of California Davis Research Investimenti in Scienze e Ingegneria (RISE) Award. CA Chapman è supportato da un Dipartimento di istruzione universitaria di Assistenza Aree di Fellowship bisogno nazionale. Questo lavoro è stato sostenuto da UC Lab Commissioni Programma di ricerca, UC Davis RISE, e UC Davis College of Engineering di start-up fondi.

1. Nanoporoso Oro Fabrication <ol><li> Substrati puliti in soluzione Piranha <ol><li> Aggiungere 25 ml di perossido di idrogeno (30%) di acido solforico 100 ml (96%) in un piatto di cristallizzazione e scaldare la miscela a 65 ° C su una piastra. ATTENZIONE: I liquidi sono estremamente corrosivi e devono essere maneggiati con cura. La soluzione esausta non deve essere conservata in un contenitore sigillato, come può esplodere. </li><li> Luogo di 1 pollice da vetrini da 3 pollici nella miscela con pinze resistenti ag...

<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. 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>

Dimostriamo due tecniche diverse per micropattern np-Au film per espandere l&#39;uso di questi film in microsistemi e studi biologici. Deposito a spruzzo oro e argento è un metodo versatile per creare modelli np-Au, come sputtering è compatibile con i processi convenzionali di microfabbricazione e la composizione della lega e lo spessore può essere facilmente controllato variando i poteri individuali pistola sputtering (per obiettivi d&#39;oro e d&#39;argento) e il tempo di deposizione rispettivamente. Tipico film di...

<p class="jove_content"&gt; Materiali con caratteristiche nano-scala hanno mostrato risultati promettenti nel migliorare diverse applicazioni, tra cui le celle a combustibile<sup&gt; 1</sup&gt; Sensori,<sup&gt; 2,3</sup&gt; E dispositivi biomedicali<sup&gt; 4,5</sup&gt;. Un materiale relativamente nuovo è oro nanoporous (np-Au), che è prodotto da un processo di auto-assemblaggio nanoscala. Il precursore di np-Au è una lega d&#39;oro che più comunemente è costituito da argento al 60% a 80% in percentuale atomica. Brevemente, la caratteristica nanostruttura poro aperto è il risultato di riarrangiamento di atomi di oro in cluster come argento viene sciolto con un acido forte (<em&gt; Esempio</em&gt; Acido nitrico 70%) o sotto un potenziale elettrochimico<sup&gt; 6-8</sup&gt;. Np-Au benefici da vari attributi desiderabili, tra cui ampia superficie effettiva, elevata conducibilità elettrica, ben consolidate tecniche di funzionalizzazione superficiale, e biocompatibilità<sup&gt; 9</sup&gt;. Anche se vi è stata una rapida espansione di studi su np-Au, la maggior parte di loro concentrarsi sulle proprietà meccaniche di np-Au<sup&gt; 10,11</sup&gt;, Attività catalitica<sup&gt; 12</sup&gt;, E biomolecolare prestazioni di rilevamento<sup&gt; 13-15</sup&gt;. Mentre gli attributi desiderabili sono molto utili per diversi strumenti biomedici<sup&gt; 16,17</sup&gt;, Le applicazioni in questo settore sono stati limitati. Una possibile ragione per questo è che la maggior parte degli studi si sono prevalentemente utilizzati campioni macro-scala (<em&gt; Esempio</em&gt; Film, lastre, lingotti) e le tecniche per incorporare np-Au in sistemi miniaturizzati sono rimasti inadeguati. In realtà ci sono solo una manciata di esempi di utilizzo di tecniche di microfabbricazione convenzionali che impiegano film np-Au<sup&gt; 16-20</sup&gt;. Con l&#39;avvento della tecnologia miniaturizzazione e la necessità di nuovi strumenti biomedici, è diventato cruciale per poter integrare nuovi materiali nelle apparecchiature. Ciò richiede tipicamente che i materiali possono essere depositati e modellati con tecniche convenzionali di microfabbricazione. Inoltre, la rapida quantificazione delle interazioni cellula-materiale è comunemente necessario valutare la biocompatibilità di un nuovo materiale. L&#39;obiettivo di questo lavoro è quello di dimostrare le tecniche di base per micropattern np-Au film e quantificare sia nanostruttura e le interazioni cellula-materiale tramite l&#39;elaborazione di immagini digitali.</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

Materiali nanostrutturati con dimensioni caratteristiche di decine di nanometri hanno migliorato le prestazioni delle diverse tecnologie, tra cui le celle a combustibile, biosensori, rivestimenti dei dispositivi biomedicali e strumenti di consegna della droga. Oro nanoporous (np-Au), prodotto da un processo di auto-assemblaggio nano-scala, è un materiale relativamente nuovo che presenta un&#39;ampia area superficiale effettiva, elevata conducibilità elettrica, e l&#39;attività catalitica. Queste proprietà hanno reso np-Au un materiale interessante per la comunità scientifica. Maggior parte degli studi su NP-Au impiegano campioni macro scala e concentrarsi sulla scienza fondamentale della materia e delle sue applicazioni catalitiche e sensore. Gli esemplari macro scala limitano il potenziale di NP-Au in sistemi miniaturizzati, inclusi i dispositivi biomedici. Al fine di risolvere questi problemi, abbiamo inizialmente descriviamo due metodi diversi per micropattern np-Au film sottili su substrati rigidi. Il primo metodo utilizza mascherine stencil manualmente-prodotti per la creazione di millimetro scala modelli NP-Au, while il secondo metodo utilizza decollo fotolitografia per modelli modello sub-millimetrica scala. Come i film sottili np-Au sono ottenute tramite il processo sputtering-deposizione, che siano compatibili con le tecniche convenzionali di microfabbricazione, quindi suscettibili di integrazione facile in microsistemi. Questi sistemi includono elettricamente indirizzabili piattaforme biosensore che beneficiano di elevata superficie effettiva superficie, conducibilità elettrica, e l&#39;oro-tiolo-based bioconjugation superficie. Descriviamo coltura cellulare, immunostaining, e le tecniche di elaborazione di immagini per quantificare l&#39;interazione del np-Au con cellule di mammifero, che è un parametro importante per alcune prestazioni biosensori. Ci aspettiamo che le tecniche qui illustrate dovranno favorire l&#39;integrazione delle np-Au in piattaforme a diverse scale di lunghezza e in numerose applicazioni, tra cui biosensori, sistemi di stoccaggio di energia, e catalizzatori.

La figura 1 illustra le principali fasi procedurali, tra cui la creazione dei modelli NP-Au, coltura delle cellule, quantificando la nanostruttura, e la caratterizzazione morfologie cellulari. Lo stencil elastomero mostrato in Figura 2a (in alto) è utilizzato per la creazione dei modelli NP-Au mostrati nelle immagini sottostanti. Figura 2b è una fotografia della barca in porcellana per i campioni di elaborazione batch. Figura 2c mostra il cambiamento ...

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Microfabrication of Nanoporous Gold Patterns for Cell-material Interaction Studies

Segnaliamo su tecniche per micropattern nanoporosi film sottili di oro tramite la stampa stencil e fotolitografia, così come i metodi di cellule di coltura, su modelli di microfabbricati. Inoltre, si descrivono metodi di analisi di immagine per caratterizzare morfologia del materiale e le cellule in coltura mediante scansione elettronica e tecniche di microscopia a fluorescenza.

Microfabrication di Patterns Oro nanoporosi per Cell-materiali Interaction Studies

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

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