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 og D. Dimlioglu støttes av en University of California Laboratory gebyrer Research Program Award 12-LR-237197. P. Daggumati er støttet av en University of California Davis Forskning Investeringer i Sciences &amp; Engineering (RISE) Award. CA Chapman er støttet av en Department of Education Graduate Assistance Områder i National Need Fellowship. Dette arbeidet ble støttet av UC Lab gebyrer Research Program, UC Davis RISE, og UC Davis College of Engineering oppstart midler.

En. Nanoporøse Gold Fabrication <ol><li> Rene substrater i Piranha løsning <ol><li> Tilsett 25 ml hydrogenperoksyd (30%) til 100 ml svovelsyre (96%) i en krystallisering fatet og varme blandingen til 65 ° C på en varmeplate. FORSIKTIG: væsker er ekstremt etsende og må behandles med forsiktighet. Den brukte oppløsningen bør ikke lagres i en forseglet beholder, som kan eksplodere. </li><li> Place 1-tommers med 3-tommers mikroskopobjektglass inn i blandingen ved hjelp av syrefaste tang og renses for 10 min. Bruk ...

<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>

Vi viser to forskjellige teknikker til micropattern np-AU filmer for å utvide bruken av disse filmene i mikrosystemer og biologiske studier. Frese-belegg gull og sølv er en anvendelig metode for å lage np-AU mønstre, som sputtering er forenlig med konvensjonell microfabrication prosesser og at legeringen sammensetning og tykkelse kan lett reguleres ved å variere de enkelte sputtering gun krefter (for gull og sølv mål) og deponering tid henholdsvis. Typisk np-Au film tykkelser fra 200 nm til 2 mikrometer. Sjablong...

<p class="jove_content"&gt; Materialer med nano-skala funksjoner har vist lovende i å forbedre ulike programmer, inkludert brenselceller<sup&gt; 1</sup&gt;, Sensorer<sup&gt; 2,3</sup&gt;, Og biomedisinske enheter<sup&gt; 4,5</sup&gt;. Et relativt nytt materiale er nanoporøse gull (NP-Au), som er produsert av en nano-skala selv-monteringsprosess. Forløperen til np-Au er en gull-legering som oftest består av sølv ved 60% til 80% av atomær prosentandel. Kort fortalt er den karakteristiske åpne porer nanostrukturen resultatet av omleiring av gull atomer i klynger som sølv er oppløst av en sterk syre (<em&gt; F.eks</em&gt; Salpetersyre 70%) eller i henhold til en elektrokjemisk potensial<sup&gt; 6-8</sup&gt;. Np-Au ytelser fra flere ønskelige egenskaper, inkludert stor effektiv areal, høy elektrisk ledningsevne, veletablerte overflaten funksjonalisering teknikker og biokompatibilitet<sup&gt; 9</sup&gt;. Selv om det har vært en rask utvidelse av studier på np-Au, de fleste av dem fokuserer på np-Au mekaniske egenskaper<sup&gt; 10,11</sup&gt;, Katalytisk aktivitet<sup&gt; 12</sup&gt;, Og biomolekylære senseytelsen<sup&gt; 13-15</sup&gt;. Mens de ønskelige egenskaper er svært nyttig for flere biomedisinske verktøy<sup&gt; 16,17</sup&gt;, Har søknadene i dette området vært begrenset. En mulig årsak til dette er at de fleste studier har hovedsakelig brukt makro-skala eksemplarer (<em&gt; F.eks</em&gt; Ark, folier, og ingots) og teknikker for å innlemme np-Au i miniatyriserte systemer har vært mangelfull. Faktisk er det bare en håndfull eksempler for å bruke konvensjonelle microfabrication teknikker som benytter np-Au filmer<sup&gt; 16-20</sup&gt;. Med bruk av miniatyrisering og behovet for nye biomedisinske verktøy, har det blitt viktig å være i stand til å integrere inn i nye materialer enheter. Dette krever vanligvis at materialene kan deponeres og mønstret med konvensjonelle microfabrication teknikker. I tillegg er hurtig kvantifisering av celle-materiale interaksjoner som vanligvis nødvendige for å vurdere biokompatibilitet av et nytt materiale. Målet med denne artikkelen er å demonstrere grunnleggende teknikker for å micropattern np-Au filmer og kvantifisere både nanostruktur og celle-materielle interaksjoner via digital bildebehandling.</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

Nanostrukturerte materialer med funksjonen størrelser i titalls nanometer har forbedret ytelse av flere teknologier, inkludert brenselceller, biosensorer, biomedisinske enheten belegg, og levering av legemidler verktøy. Nanoporøse gull (NP-Au), frembragt av en nano-skala selv-monteringsprosessen, er et relativt nytt materiale som oppviser stor effektiv overflate, høy elektrisk ledningsevne, og katalytisk aktivitet. Disse egenskapene har gjort np-Au et attraktivt materiale til vitenskapelige samfunnet. De fleste studier på np-Au ansette makro-skala prøver og fokusere på fundamental vitenskap av materialet og dets katalytiske og sensor applikasjoner. De makro-skala prøver begrense np-Au potensial i miniatyriserte systemer, inkludert biomedisinsk enheter. For å løse disse problemene, vi først beskrive to ulike metoder for å micropattern np-Au tynne filmer på stive underlag. Den første metoden benytter manuelt produserte sjablong masker for å skape millimeter skala np-Au mønstre, while den andre metoden bruker lift-off photolithography til mønster sub-millimeter-skala mønstre. Som np-Au tynne filmer er innhentet av frese-avsetning prosessen, de er kompatible med konvensjonelle microfabrication teknikker, og dermed mottagelig for lettvinte integrering i mikrosystemer. Disse systemene inkluderer elektrisk adresserbare biosensor plattformer som drar nytte av høy effektiv areal, elektrisk ledningsevne, og gull-tiol-baserte overflaten bioconjugation. Vi beskriver cellekultur, farging og bildebehandling teknikker for å kvantifisere np-Au interaksjon med celler hos pattedyr, som er en viktig måleparameter for noen biosensorer. Vi forventer at teknikkene illustrert her vil hjelpe integreringen av np-Au i plattformer på ulike lengde-skalaer og i en rekke programmer, inkludert biosensorer, energi lagringssystemer, og katalysatorer.

Figur 1 skisserer de store prosedyresteg, inkludert oppretting av de np-Au mønstre, dyrking celler, kvantifisere nanostrukturen, og karakterisere celle morfologi. Elastomeren sjablong vist i figur 2a (øverst) blir brukt for å lage de np-AU mønstrene vist på bildene under. Figur 2b er et fotografi av porselen båt for satsvis behandling prøver. Figur 2c viser fargeendring på det avsatte metall mønstre før og etter dealloying. Den sølvoverflaten...

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

Vi rapporterer om teknikker til micropattern nanoporøse gull tynne filmer via sjablong utskrift og photolithography, samt metoder for å dyrke celler på de microfabricated mønstre. I tillegg, beskriver vi Bildeanalysemetoder å karakterisere morfologi av materialet, og de dyrkede celler ved hjelp av scanning elektronmikroskopi og fluorescensmikroskopi teknikker.

Microfabrication av nanoporøse Gold Patterns for Cell-materielle Interaksjonsstudier

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

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

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 for kjemisk syntese og Time-løst mekanistiske studier

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 Tredimensjonal Flow Chamber Device å studere Chemokine, rettet Ekstravasering Celler Sirkulerende under fysiologiske strømningsforhold

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

Elektronisk Tongue Generere Kontinuerlig Anerkjennelse oppskrifter for proteinanalyser

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-lignende microenvironments å utnytte 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

Utarbeidelse og Foto-akustisk analyse av Cellular Kjøretøy inneholder gull 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

Neonatal Cardiac Stillas: Nye matriser for 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

Syntese av Functionalized 10-nm Polymer-belagt gull partikler for endotelet målretting og narkotika-leveranser

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

Fabrikasjon av en multiplex kunstig mobilnettet MicroEnvironment matrise

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