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 och D. Dimlioglu stöds av en University of California Laboratory Avgifter Research Program Award 12-LR-237.197. P. Daggumati stöds av en University of California Davis forskningsinvesteringar i Sciences &amp; Engineering (RISE) Award. CA Chapman stöds av en avdelning för utbildning Graduate Assistance Områden av nationellt behov Fellowship. Detta arbete stöddes av UC Lab Avgifter Research Program, UC Davis RISE, och UC Davis College of Engineering nystartade fonder.

Ett. Nanoporösa Gold Fabrication <ol><li> Rena substrat i Piranha-lösning <ol><li> Lägg 25 peroxid ml väte (30%) till 100 ml svavelsyra (96%) i en kristallisering skålen och värm blandningen till 65 ° C på en värmeplatta. VARNING: vätskorna är extremt frätande och måste hanteras varsamt. Den förbrukade lösningen ska inte förvaras i en sluten behållare, eftersom det kan explodera. </li><li> Placera 1-tums med 3-tums objektglas i blandningen med syrafasta pincett och rengör dem i 10 min. Använd en bå...

<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 visar två olika tekniker för att micropattern NP-Au filmer för att utvidga användningen av dessa filmer i mikrosystem och biologiska studier. Sputter-beläggning guld och silver är en mångsidig metod för att skapa np-Au mönster, eftersom förstoftning är kompatibel med konventionella mikrofabrikationslaboratorier processer och legeringskompositionen och tjocklek kan enkelt kontrolleras genom att variera de enskilda förstoftning gun befogenheter (för guld och silver mål) och deponeringstiden respektive. Ty...

<p class="jove_content"&gt; Material med nano-skala funktioner har visat lovande resultat i att förbättra olika tillämpningar, inklusive bränsleceller<sup&gt; 1</sup&gt;, Sensorer<sup&gt; 2,3</sup&gt; Och biomedicinska anordningar<sup&gt; 4,5</sup&gt;. Ett relativt nytt material är nanoporös guld (NP-Au), som produceras av en nano-skala självorganiserande processen. Prekursorn till np-Au är en guldlegering som oftast består av silver vid 60% till 80% av atomprocent. I korthet är den karakteristiska öppna porer nanostruktur resultatet av omlagring av guld atomer i klasar som silver upplöses av en stark syra (<em&gt; T.ex.</em&gt; Salpetersyra 70%) eller under en elektrokemisk potential<sup&gt; 6-8</sup&gt;. Np-Au förmåner från flera önskvärda egenskaper, inklusive stor effektiv yta, hög elektrisk ledningsförmåga, väletablerade yta tekniker funktionalisering och biokompatibilitet<sup&gt; 9</sup&gt;. Även om det har skett en snabb expansion av studier på NP-Au, de flesta av dem fokuserar på NP-AU: s mekaniska egenskaper<sup&gt; 10,11</sup&gt;, Katalytisk aktivitet<sup&gt; 12</sup&gt;, Och biomolekylär avkänningsprestanda<sup&gt; 13-15</sup&gt;. Medan de önskvärda egenskaper är mycket användbara för flera biomedicinska verktyg<sup&gt; 16,17</sup&gt; Har tillämpningar inom detta område varit begränsade. En möjlig orsak till detta är att de flesta studier har främst använt makronivå exemplar (<em&gt; T.ex.</em&gt; Ark, folier och tackor) och tekniker för att införliva NP-Au i miniatyriserade system har varit otillräckliga. I själva verket finns det bara en handfull exempel på användning av konventionella mikrotillverkningstekniker som använder NP-Au filmer<sup&gt; 16-20</sup&gt;. Med intåget av miniatyrisering teknik och behovet av nya biomedicinska verktyg, har det blivit viktigt att kunna integrera nya material i enheter. Detta kräver vanligtvis att materialen kan deponeras och mönstras med konventionella mikrotillverkningstekniker. Dessutom är snabb kvantifiering av cell-material interaktioner vanligen nödvändigt att utvärdera biokompatibilitet av ett nytt material. Målet med denna uppsats är att visa grundläggande tekniker till micropattern NP-Au filmer och kvantifiera såväl nanostruktur och cell-material interaktioner via digital bildbehandling.</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

Nanostrukturerade material med funktionen storlekar i tiotals nanometer har förbättrat prestandan av flera tekniker, bland annat bränsleceller, biosensorer, biomedicinska beläggningar enhet, och drog verktyg leverans. Nanoporös guld (NP-Au), som produceras av en nano-skala självorganiserande processen, är ett relativt nytt material som uppvisar stor effektiv yta, hög elektrisk ledningsförmåga och katalytisk aktivitet. Dessa egenskaper har gjort NP-Au ett attraktivt material för forskarsamhället. De flesta studier på NP-Au anställa makronivå exemplar och fokusera på grundläggande vetenskap av materialet och dess katalytiska och sensor applikationer. De makronivå exemplar begränsar NP-Au: s potential i miniatyriserade system, inklusive biomedicinska anordningar. För att ta itu med dessa frågor, beskriver vi inledningsvis två olika metoder för att micropattern NP-Au tunna filmer på styva substrat. Den första metoden använder manuellt producerade stencil masker för att skapa millimeter skala NP-Au mönster, while den andra metoden använder lift-off fotolitografi till mönster sub-millimeter-skala mönster. Som NP-Au tunna filmer erhålls genom sputter-avsättningsprocessen, de är kompatibla med konventionella mikrotillverkningstekniker, därmed mottagliga för enkel integrering i mikrosystem. Dessa system inkluderar elektriskt adresserbara biosensor plattformar som gynnas av höga effektiva yta, elektrisk ledningsförmåga, och guld-tiol-baserade yta bioconjugation. Vi beskriver cellodling, immunfärgning och bild tekniker bearbetning för att kvantifiera NP-Au: s interaktion med däggdjursceller, vilket är en viktig prestation parameter för vissa biosensorer. Vi förväntar oss att de tekniker som visas här kommer att underlätta integrationen av NP-Au i plattformar vid olika längd-skalor och i många tillämpningar, inklusive biosensorer, energilagringssystem, och katalysatorer.

Figur 1 visar vilka stora processuella åtgärder, inklusive att skapa NP-Au mönster, odling av celler, kvantifiera nanostruktur, och karakterisera cell morfologier. Elasten stencil visas i figur 2a (överst) används för att skapa de NP-Au mönster som visas på bilderna nedanför. Är ett fotografi av porslin båten för prover batch-bearbetning Figur 2b. Figur 2c visar färgförändring av de deponerade metallmönster före och efter dealloying. Den silverglänsand...

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 rapporterar om tekniker till micropattern nanoporösa guld tunna filmer via stenciltryckning och fotolitografi, liksom metoder att odla celler på mikrotillverkade mönster. Dessutom beskriver vi bildanalysmetoderna att karakterisera morfologin av materialet och de odlade cellerna med hjälp av svepelektron-och fluorescenstekniker mikroskopi.

Microfabrication av nanoporösa Guld Mönster för Cell-material interaktionsstudier

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

Studera Cell Rolling Trajectories på asymmetrisk Receptor Mönster

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

Syntes, församling, och karakterisering av monolager skyddade guld nanopartiklar Films för protein monolager Elektrokemi

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 för kemisk syntes och tidsupplöst Mekanistiska 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 Tredimensionell strömningskammare Device att studera Chemokine-riktad Extravasering av celler som cirkulerar under fysiologiska flödesförhållanden

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 Generera Kontinuerliga Mönster Redovisning för proteinanalys

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 liknande mikromiljöer att utnyttja Cell / Material Interaktioner

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

Upprättande och Photoacoustic Analys av Cellular fordon som innehåller guld nanostavar

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 Ställningar: Nya Matriser för regenerativ studier

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

Syntesen av Functionalized 10-nm polymerbelagda guldpartiklar för endotel inriktning och Drug Delivery

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

Tillverkning av en multiplexade konstgjorda cellulära mikromiljö Array

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