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 são suportados por um laboratório taxas Research Award Programa Universidade da Califórnia 12-LR-237197. P. Daggumati é apoiado por uma Universidade da Califórnia Davis investimentos em pesquisa no (RISE) Prêmio de Ciência e Engenharia. CA Chapman é apoiado por um departamento de pós-graduação Áreas de Assistência de Fellowship Nacional Need. Este trabalho foi apoiado pelo Programa Lab UC taxas Research, UC Davis RISE, e UC Davis Faculdade de Engenharia fundos start-up.

1. Nanoporous Fabrication Ouro <ol><li> Substratos limpos em solução Piranha <ol><li> Adicionar 25 ml de peróxido de hidrogénio (30%) a 100 ml de ácido sulfúrico (96%) em um prato de cristalização e aquecer a mistura a 65 ° C numa placa de aquecimento. AVISO: Os líquidos são extremamente corrosivo e deve ser manuseado com cuidado. A solução passou não deve ser armazenado num recipiente fechado, como pode explodir. </li><li> Coloque 1 polegada por lâminas de microscópio de 3 polegadas na mistura usando ...

<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>

Nós demonstramos duas técnicas diferentes para micropattern np-Au filmes para a expansão do uso destes filmes em microssistemas e estudos biológicos. Sputter ouro e prata-revestimento é um método versátil para criar padrões de np-Au, como pulverização catódica é compatível com os processos convencionais de microfabricação e da composição da liga e a espessura pode ser facilmente controlada através da variação das potências individuais pistola de pulverização (para objectivos de ouro e prata) e o t...

<p class="jove_content"&gt; Materiais com características nano-escala têm se mostrado promissora no reforço várias aplicações, incluindo as células de combustível<sup&gt; 1</sup&gt;, Sensores<sup&gt; 2,3</sup&gt; E dispositivos biomédicos<sup&gt; 4,5</sup&gt;. Um material relativamente novo é ouro nanoporoso (np-Au), a qual é produzida por um processo de auto-montagem de nano-escala. O precursor de NP-Au é uma liga de ouro que mais comumente consiste em prata de 60% a 80% em percentagem atómica. Resumidamente, a característica de nanoestrutura de poros abertos, é o resultado do rearranjo de átomos de ouro em aglomerados como a prata é dissolvido por um ácido forte (<em&gt; Por exemplo</em&gt; Ácido nítrico 70%) ou sob um potencial eletroquímico<sup&gt; 6-8</sup&gt;. Np-Au benefícios de vários atributos desejáveis, incluindo a grande área de superfície eficaz, de alta condutividade elétrica, técnicas de funcionalização de superfície bem estabelecidas, e biocompatibilidade<sup&gt; 9</sup&gt;. Embora tenha havido uma rápida expansão dos estudos sobre NP-Au, a maioria deles concentrar em propriedades mecânicas do np-Au<sup&gt; 10,11</sup&gt;, A atividade catalítica<sup&gt; 12</sup&gt; E desempenho de detecção biomolecular<sup&gt; 13-15</sup&gt;. Embora os atributos desejáveis ​​são altamente úteis para várias ferramentas biomédicas<sup&gt; 16,17</sup&gt;, As aplicações nesta área têm sido limitados. Uma possível razão para isto é que a maioria dos estudos têm predominantemente utilizadas amostras de macro-escala (<em&gt; Por exemplo</em&gt; Chapas, folhas, e lingotes) e as técnicas para a incorporação np-Au em sistemas miniaturizados permaneceram inadequada. Na verdade, há apenas um punhado de exemplos do uso de técnicas de microfabricação convencionais que utilizam filmes np-Au<sup&gt; 16-20</sup&gt;. Com o advento da tecnologia de miniaturização e a necessidade de novas ferramentas biomédicas, tornou-se essencial para ser capaz de se integrar novos materiais para dispositivos. Isso normalmente requer que os materiais podem ser depositados e modelado com técnicas convencionais de microfabricação. Além disso, a rápida quantificação das interacções célula-prima é geralmente necessária para avaliar a biocompatibilidade de um material novo. O objetivo deste artigo é demonstrar as técnicas básicas para micropattern np-Au filmes e quantificar tanto a nanoestrutura e as interações célula-material através de processamento de imagem digital.</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

Materiais nanoestruturados com tamanhos recurso em dezenas de nanômetros têm melhorado o desempenho de várias tecnologias, incluindo as células de combustível, biossensores, revestimentos de dispositivos biomédicos, e ferramentas de administração de medicamentos. Ouro nanoporos (np-Au), produzido por um processo de auto-montagem nano-escala, é um material relativamente novo que apresenta grande área de superfície eficaz, de alta condutividade elétrica, e atividade catalítica. Estas propriedades tornaram-np Au um material atraente para a comunidade científica. A maioria dos estudos sobre a np-Au utilizar espécimes macro-escala e foco em ciência fundamental da suas aplicações catalíticas e sensor de materiais. Os espécimes macro-escala limitar o potencial de np-Au em sistemas miniaturizados, incluindo dispositivos biomédicos. A fim de abordar estas questões, inicialmente descrever dois métodos diferentes para micropattern np-Au filmes finos sobre substratos rígidos. O primeiro método utiliza máscaras de estêncil manualmente produzidos para a criação de milímetro escala padrões np-Au, while o segundo método usa lift-off fotolitografia para padrões sub-milímetro escala padrão. À medida que os filmes finos de NP-Au são obtidos por um processo de deposição por borrifamento, eles são compatíveis com as técnicas convencionais de microfabricação, assim passíveis de integração fácil em microssistemas. Estes sistemas incluem plataformas biossensor eletricamente endereçáveis ​​que beneficiam de área de alto eficaz superfície, condutividade elétrica, e bioconjugation superfície tiol à base de ouro. Descrevemos de cultura de células, a imunocoloração, e as técnicas de processamento de imagem para quantificar a interacção do np-Au com células de mamíferos, o que é um parâmetro de desempenho importante para algumas biossensores. Esperamos que as técnicas ilustradas aqui vai facilitar a integração das np-Au em plataformas em várias escalas de comprimento e em inúmeras aplicações, incluindo biossensores, sistemas de armazenamento de energia, e catalisadores.

A Figura 1 apresenta os principais passos processuais, incluindo a criação de padrões de np-Au, cultura de células, quantificando a nanoestrutura, e caracterizar a morfologia celular. A matriz de elastómero mostrado na Figura 2a (superior) é usada para criar os padrões de np-Au mostrados nas imagens subjacentes. Figura 2b é uma fotografia do barco de porcelana para amostras de processamento em lote. Figura 2c mostra a mudança de cor dos padrõe...

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Microfabrication of Nanoporous Gold Patterns for Cell-material Interaction Studies

Nós relatamos em técnicas para micropattern nanoporous filmes finos de ouro através de impressão stencil e fotolitografia, bem como métodos para cultura de células sobre os padrões microfabricados. Além disso, descrevemos métodos de análise de imagem para caracterizar a morfologia do material e as células cultivadas utilizando electrónica de varrimento e técnicas de microscopia de fluorescência.

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