Name: large-area scanning probe nanolithography facilitated by automated alignment and its application to substrate fabrication for cell culture studies
Uploaded: 2018-06-12T13:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 45 s
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저자 인정 소스는 영국 공학 및 물리 과학 연구 협의회 (부여 심판 등의 다양 한 금융 지원. EP/K011685/1, EP/K024485/1)와 JH;에 대 한 대학원 재학 Leverhulme 트러스트 (롤플레잉-2014-292); Wellcome 신뢰 기관 전략적 지원 기금 (105610/Z/14/Z); 영국 문화원 (216196834); 그리고 맨체스터 대학의 맨체스터 연구소 (하루 펌프 못쓰게 기금)와 박사 안드레아스 리브 (Nanosurf AG)에 의해 남서 기술 원조에 대통령 박사 장학금 대학에 대 한 또한 기꺼이 인정 했다.

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	<li>Saavedra, H. M., 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=Hybrid+Strategies+in+Nanolithography.">Hybrid Strategies in Nanolithography.</a> Rep. Prog. Phys. 73, 036501 (2010).</li><li>Gates, B. 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=New+Approaches+to+Nanofabrication:+Molding,+Printing,+and+Other+Techniques.">New Approaches to Nanofabrication: Molding, Printing, and Other Techniques.</a> Chem. Rev. 105, 1171-1196 (2005).</li><li>Garcia, R., Knoll, A. W., Riedo, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+Scanning+Probe+Lithography.">Advanced Scanning Probe Lithography.</a> Nat. Nanotechnol. 9, 577-587 (2014).</li><li>Piner, R. D., Zhu, J., Xu, F., Hong, S., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term="Dip-Pen"+Nanolithography.">"Dip-Pen" Nanolithography.</a> Science. 283, 661-663 (1999).</li><li>Salaita, K., Wang, Y., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+Dip-Pen+Nanolithography.">Applications of Dip-Pen Nanolithography.</a> Nat. Nanotechnol. 2, 145-155 (2007).</li><li>Lewis, A., 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=Fountain+Pen+Nanochemistry:+Atomic+Force+Control+of+Chrome+Etching.">Fountain Pen Nanochemistry: Atomic Force Control of Chrome Etching.</a> Appl. Phys. Lett. 75, 2689-2691 (1999).</li><li>Kim, K. -. H., Moldovan, N., Espinosa, H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Nanofountain+Probe+with+Sub-100+Molecular+Writing+Resolution.">A Nanofountain Probe with Sub-100 Molecular Writing Resolution.</a> Small. 1, 632-635 (2005).</li><li>Gruter, R. R., Voros, J., Zambelli, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FluidFM+as+a+Lithography+Tool+in+Liquid:+Spatially+Controlled+Deposition+of+Fluorescent+Nanoparticles.">FluidFM as a Lithography Tool in Liquid: Spatially Controlled Deposition of Fluorescent Nanoparticles.</a> Nanoscale. 5, 1097-1104 (2013).</li><li>Salaita, K., 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=Massively+Parallel+Dip-Pen+Nanolithography+with+55+000-Pen+Two-Dimensional+Arrays.">Massively Parallel Dip-Pen Nanolithography with 55 000-Pen Two-Dimensional Arrays.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 45, 7220-7223 (2006).</li><li>Huo, F., 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=Polymer+Pen+Lithography.">Polymer Pen Lithography.</a> Science. 321, 1658-1660 (2008).</li><li>Shim, W., 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=Hard-Tip,+Soft-Spring+Lithography.">Hard-Tip, Soft-Spring Lithography.</a> Nature. 469, 516-520 (2011).</li><li>Liao, X., Braunschweig, A. B., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term="Force-Feedback"+Leveling+of+Massively+Parallel+Arrays+in+Polymer+Pen+Lithography.">"Force-Feedback" Leveling of Massively Parallel Arrays in Polymer Pen Lithography.</a> Nano Lett. 10, 1335-1340 (2010).</li><li>Wang, S., Hosford, J., Heath, W. P., Wong, L. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-Area+Scanning+Probe+Nanolithography+Facilitated+by+Automated+Alignment+of+Probe+Arrays.">Large-Area Scanning Probe Nanolithography Facilitated by Automated Alignment of Probe Arrays.</a> RSC Adv. 5, 61402-61409 (2015).</li><li>Noh, H., 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="Multipoint+Force+Feedback"+Leveling+of+Massively+Parallel+Tip+Arrays+in+Scanning+Probe+Lithography.">"Multipoint Force Feedback" Leveling of Massively Parallel Tip Arrays in Scanning Probe Lithography.</a> Small. 11, 4526-4531 (2015).</li><li>Dalby, M. 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=The+Control+of+Human+Mesenchymal+Cell+Differentiation+Using+Nanoscale+Symmetry+and+Disorder.">The Control of Human Mesenchymal Cell Differentiation Using Nanoscale Symmetry and Disorder.</a> Nat. Mater. 6, 997-1003 (2007).</li><li>Connell, C. D., Higgins, M. J., Moulton, S. E., Wallace, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nano-Bioelectronics+via+Dip-Pen+Nanolithography.">Nano-Bioelectronics via Dip-Pen Nanolithography.</a> J. Mater. Chem. C. 3, 6431-6444 (2015).</li><li>Giam, L. R., 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=Scanning+Probe-Enabled+Nanocombinatorics+Define+the+Relationship+Between+Fibronectin+Feature+Size+and+Stem+Cell+Fate.">Scanning Probe-Enabled Nanocombinatorics Define the Relationship Between Fibronectin Feature Size and Stem Cell Fate.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 4377-4382 (2012).</li><li>Eichelsdoerfer, D. 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=Large-Area+Molecular+Patterning+with+Polymer+Pen+Lithography.">Large-Area Molecular Patterning with Polymer Pen Lithography.</a> Nat. Protoc. 8, 2548-2560 (2013).</li><li>Aran, K., Sasso, L. A., Kamdar, N., Zahn, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Irreversible,+Direct+Bonding+of+Nanoporous+Polymer+Membranes+to+PDMS+or+Glass+Microdevices.">Irreversible, Direct Bonding of Nanoporous Polymer Membranes to PDMS or Glass Microdevices.</a> Lab Chip. 10, 548-552 (2010).</li><li>Liao, X., Braunschweig, A. B., Zheng, Z., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force-+and+Time-Dependent+Feature+Size+and+Shape+Control+in+Molecular+Printing+via+Polymer-Pen+Lithography.">Force- and Time-Dependent Feature Size and Shape Control in Molecular Printing via Polymer-Pen Lithography.</a> Small. 6, 1082-1086 (2010).</li><li>Sheehan, P. E., Whitman, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thiol+Diffusion+and+The+Role+of+Humidity+in+"Dip+Pen+Nanolithography".">Thiol Diffusion and The Role of Humidity in "Dip Pen Nanolithography".</a> Phys. Rev. Lett. 88, 156104 (2002).</li><li>Geissler, M., 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=Fabrication+of+Metal+Nanowires+Using+Microcontact+Printing.">Fabrication of Metal Nanowires Using Microcontact Printing.</a> Langmuir. 19, 6301-6311 (2003).</li><li>Gmeiner, B., Leibl, H., Zerlauth, G., Seelos, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Affinity+Binding+of+Distinct+Functional+Fibronectin+Domains+to+Immobilized+Metal+Chelates.">Affinity Binding of Distinct Functional Fibronectin Domains to Immobilized Metal Chelates.</a> Arch. Biochem. Biophys. 321, 40-42 (1995).</li><li>Curran, J. M., 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=Introducing+Dip+Pen+Nanolithography+as+a+Tool+for+Controlling+Stem+Cell+Behaviour:+Unlocking+the+Potential+of+the+Next+Generation+of+Smart+Materials+in+Regenerative+Medicine.">Introducing Dip Pen Nanolithography as a Tool for Controlling Stem Cell Behaviour: Unlocking the Potential of the Next Generation of Smart Materials in Regenerative Medicine.</a> Lab Chip. 10, 1662-1670 (2010).</li><li>Davey, M. R., Anthony, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Plant Cell Culture: Essential Methods. , 153-172 (2010).</li><li>Brinkmann, F., 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=Interdigitated+Multicolored+Bioink+Micropatterns+by+Multiplexed+Polymer+Pen+Lithography.">Interdigitated Multicolored Bioink Micropatterns by Multiplexed Polymer Pen Lithography.</a> Small. 9, 3266-3275 (2013).</li><li>Senesi, A. J., Rozkiewicz, D. I., Reinhoudt, D. N., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Agarose-Assisted+Dip-Pen+Nanolithography+of+Oligonucleotides+and+Proteins.">Agarose-Assisted Dip-Pen Nanolithography of Oligonucleotides and Proteins.</a> ACS Nano. 3, 2394-2402 (2009).</li><li>Carnally, S. A. M., Wong, L. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Harnessing+Catalysis+to+Enhance+Scanning+Probe+Nanolithography.">Harnessing Catalysis to Enhance Scanning Probe Nanolithography.</a> Nanoscale. 6, 4998-5007 (2014).</li></ol>

정렬 알고리즘 및 소프트웨어에 의해, 개발 되었다 고 독점, 맨체스터 대학. 그것은 http://www.click2go.umip.com/에서 다운로드할 수 있습니다.

이 프로토콜 nanolithographic 대형에 높은 균일성 및 제어 기능 크기 패턴화 빠르게 수행 하기 위해 편리한 방법을 사용자에 게 제공 하는 역할 (cm2) 지역. 이러한 큰 지역 nanopatterns 베어링 기판 다양 한 응용 프로그램에 대 한 더 정교 수 다음. 이 기술의 주요 응용 프로그램 세포 표면 상호 작용 연구에 대 한 nanofabricated 표면에의 세대입니다. 이 보고서는 nanofabricated 기판에 의해 hMSC 형태학의 제어를 보여주는 이러한 자료에 세포 배양의 몇 가지 설명을 예를 보여줍니다.
이 프로토콜의 주요 원동력은 허용 매우 균일 하 고 높은 처리량 생산 기능의 표면, 세포 배양 실험의 급속 한 회전율을 가능 하 게 나노 해상도 아래에 정렬 절차 (4 단계)의 자동화. 이 정렬 알고리즘을 사용 하 여 실시 하는 폴리머 펜 리소 약 30 분 이내 나노 기능을 생성 할 수 있다. 그러나 재현성 및 자동된 정렬의 정확도 그리고 이렇게 꽃무늬 기능의 균일성은 프로브 배열의 품질에 따라 (단계 1 및 2)를 생산 하는 비판적 이다. 무딘, 손상 또는 누락 된 프로브; 귀착되는 그들의 준비에 어떤 결함 갇힌된 공기 등 거품 (1.5 단계) 또는 마스터 (단계 1.8)에서 프로브의 부적절 한 분리는 부정확 한 정렬 및 품질이 리소 그래피에서 발생할 수 있습니다.
이 포스 피드백에 의존 하는 다른 정렬 방법 함께 제한을 공유 하는 방법 보고. 표면 접촉 프로브는 때의 정확한 결정은 주변 환경 및 샘플 무대의 움직임으로 인 한 배경 진동에 대 한 계정이 필요에 의해 제한 됩니다. 일반적으로 센서 µN 정권 (이 경우 2 µN)에 있는 힘 감도 있지만 정렬 알고리즘은만 어떤 '오판' resul 피하기 위해 프로브, 표면 사이의 확실 한 접촉으로 적어도 490 µN의 힘을 등록 하도록 배경 잡음 으로부터 ting 보통. 13 따라서,이 메서드는 큰 특징 (1-2 µ m)를 생산 하 경향이 있다. 프로브 z에 큰 거리를 확장 해야 합니다 이후-축 (결과 높은 힘)와 연락처를 등록 하기 위하여. 보상 하기 위하여 더 작은 기능 z를 줄임으로써 생성 될 수 있습니다-축 거리 여행 단계에서 리소 그래피 (예를 들어, 5 µ m 대신 3 µ m로 '검은' 설정 단계 5.2.3.2에서에서 입력).
그럼에도 불구 하 고, 심지어이 제한 자동화 알고리즘은 병렬화 스캐닝 프로브 리소 그래피 방법의 응용 프로그램에서 중요 한 측면을 해결할 수 정렬 가장 시간을 요구 하 고 부정 확 한 단계에 이전 되면서는 이러한 기술 구현 합니다. 지금이 자동화 석판 작성 자체는 정렬에서 제조 프로세스의 속도 제한 단계를 이동 합니다. 이 프로토콜은 ppl이 정렬 절차의 응용 프로그램을 보여 줍니다, 하는 동안 프레임 워크 다양 한 지질 DPN26 매트릭스를 이용한 리소 그래피27 뿐만 아니라 잠재적인 미래 촉매 SPL 기법에 적용 될 수 있습니다. 프로브 시스템입니다. 28

나노기술에서 발전 기술 효율적이 고 안정적으로 표면에 나노 기능 조작 능력의 개발에 따라 달라 집니다. 1 , 그러나 2 , 등을 생성 하는 것은 큰 지역 (여러 cm2) 안정적으로 기능과에서 상대적으로 저가 아닌 사소한 것은 노력 이다. 대부분 기존 기술, 반도체 산업에서 파생 된 '하드' 자료 조작 하 절제 사진 평판에 의존 합니다. 더 최근에, 스캐닝 프로브 현미경 (SPM)에서 파생 된 석판 기법 나노 디자인의 신속한 프로토 타입에 대 한 편리 하 고 다양 한 방법으로 떠오르고 있다. 3 SPM 기반 기술을 편리 하 고 빠르게 '쓰기' 어떤 사용자 정의 패턴 수 있습니다. 이들 중 가장 유명한 딥 펜 나노리 (DPN) Mirkin 외.,4 스캐닝 프로브 패션 글을 유사한 기능을 생산 하는 표면에 분자 '잉크'를 전송 하는 '펜'으로 사용 됩니다 어디에 의해 개척 이다. 주위 조건 하에서 조사는 표면에 걸쳐 스캔으로 '잉크' 분자는 표면를 통해 에 전송 됩니다 프로브 및 표면 (그림 1) 사이 형성 하는 물 초승달 모양. DPN 따라서 다양 한 자료를 포함 한 '부드러운' 생체 고분자 등의 nanolithographic 증 착을 수 있습니다. 5 관련된 기술 공학 유체 배달 채널 프로브를 사용 하 여 각종 라고도 'nanopipettes'와 '나노-만년필' 또한 보고 되었습니다. 6 , 7 , 8
SPM 파생 리소 그래피의 광범위 한 응용 프로그램에 주요 장애물은 처리량, 단일 프로브 패턴 센티미터 규모 영역에 지나치게 오랜 시간이 필요 합니다. 이 문제를 해결 하려면 초기 노력 ' 한-차원 '과 '2 차원' (2D) 프로브 배열 센티미터 크기의 지역의 리소 그래피에 대 한 보고 되 고 캔틸레버 기반 DPN의 병렬화에 집중 했다. 5 , 그러나 9 , 이러한 캔틸레버 어레이 상대적으로 복잡 한 다단계 제조 방법을 통해 생산 되며 상대적으로 깨지기 쉬운. 폴리머 펜 리소 그래피 (PPL)의 발명 소프트 실록 탄성 프로브는 유리 슬라이드에 보 세의 2D 배열 표준 SPM 캔틸레버를 대체 하 여이 문제를 해결. 10 비용 및 나노리 애플 리 케이 션의 넓은 범위를 개방, 넓은 영역을 패턴화의 복잡성이 간단한 프로브 설치는 크게 감소 합니다. 이 외팔보 무료 아키텍처 또한 하드 팁 소프트 봄 리소 그래피,11 하드 실리콘 팁 주는 소프트를 사용 하 여 생산 하는 패턴에 비해 향상 된 해상도와 부드러운 탄성 지지의 하이브리드를 제공 하도록 확장 되었습니다. 고무 팁입니다.
이러한 2D 배열 기술의 실행에 중요 한 요소는 프로브 배열 정확 하 게 평행 해야 표면 기판 리소 그래피를 활용 하면 모든 프로브 표면 접촉 되도록 동시에입니다. 심지어 작은 오차 발생할 수 있습니다 기능 크기에서 큰 차이 배열의 1 개의 측에서 다른, 이후 일부 프로브 것 이다 접촉 표면 배열, 하강 하는 동안 이전 이후 또는 전혀 다른 접촉으로 올 것 이다 하는 동안. 12 이전 표면 접촉 프로브 압축 될 정확한 맞춤 부드러운 탄성 중합체 프로브 deformability 때문 PPL로 특히 중요 하다 표면에 큰 발자국을 떠나.
PPL에 대 한 초기 작업 정렬 프로세스, 그들은 표면에 접촉으로 주어졌다 피라미드 프로브 변형의 관찰을 배열 위에 장착 된 카메라를 사용 하 여 순전히 시각적인 검사를 고용. 10 맞춤 프로브의 측면을 먼저, 표면 접촉으로 온 관찰 하 고 다음 각도 조정 하 고 접촉 프로브 양쪽에 차이 때까지 반복 방식으로 절차를 반복 하 여 판단 했다 눈에 구별. 이 정렬 프로시저 연산자에서 주관적인 육안 검사에 의존, 재현성이 낮습니다.
그 후, 좀 더 객관적인 접근 개발 되었습니다, 기판의 표면에 프로브 접촉 시 적용 되는 힘 측정 아래 장착 힘 센서의 구성. 12 맞춤 따라서 모든 프로브 동시에 접촉에 지적 발휘, 힘을 최대화 하기 위해 경사 각도 조정 하 여 달성 되었다. 이 방법은 표면 병렬의 0.004 ° 이내에 맞춤 가능 했다 보여주었다. 이 '힘 피드백 평등 화'는 지금 두 개의 독립적인 보고서에 완전 자동화 된 시스템으로 구현 되었습니다. 13 , 14 모두 탑재 기판 아래 또는 위에 배열 하는 힘 센서의 트라이 어 드를 사용 하 고 프로브 배열 및 표면 사이의 접촉 시가 해지는 힘의 양을 측정. 이러한 시스템 제공 높은 정밀도, 1cm 길이 규모,14 또는 ≤ 0.0003 ° 1.4 cm.13 이러한 자동된 맞춤 시스템 제공을 통해 주요 절감 연산자 시간과 완료에 소요 된 전체 시간 ≤0.001 °의 부정합을 보고는 리소 그래피 과정입니다.
이 기술에 의해 사용 하는 높은 처리량 표면 제조의 주요 응용 프로그램은 셀 문화 기판의 세대입니다. 지금은 잘 설립 초기 세포 표면 기능, 상호작용을 제어 하 여 그 세포 표현 형을 조작할 수 있습니다 그리고이 나노 크기에서 강화 될 수 있다. 15 특히 스캐닝 프로브 리소 그래피 방법은 표시 되었습니다 다양 한 nanofabricated 표면 같은 세포 배양 실험에 대 한 생산 하는 손쉬운 방법. 16 예를 들어 자기 조립된 monolayers와 세포 외 기질 단백질 PPL와 DPN 템플릿 소재 나노 수정 자료의 가능성을 공부 하 사용 되었습니다의 나노 패턴을 제시 하는 표면 유도의 차별화 줄기 세포입니다. 17
이 프로토콜 수정된 원자 힘 현미경 (AFM) 시스템입니다 큰 지역 PPL의 활용을 설명 합니다. 우리 선발 프로브 표면 접촉, 반복적인 정렬 프로세스를 자동화 하는 함께 결정 하는 수단으로 여러 힘 센서를 사용 하 여 힘의 탐지. 세포 외 기질 단백질 fibronectin 이러한 패턴의 후속 기능화와 인간 중간 엽 줄기 세포 (hMSC)의 문화는 설명, PPL 조작 표면 세포 배양에 대 한 적용의 데모.

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;Equipment&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>FlexAFM mounted on a motorised 5-axis (XYZ&amp;Theta;&amp;Phi;) translation and goniometer stage</td><td>NanoSurf</td><td>P40008</td><td></td></tr><tr><td>AFM control software</td><td>NanoSurf</td><td>C3000</td><td></td></tr><tr><td>Engraving pen</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z225568</td><td></td></tr><tr><td>Plasma Cleaner</td><td>Harrick plasma</td><td>PDC-32G-2</td><td></td></tr><tr><td>PlasmaFlo</td><td>Harrick plasma</td><td>PDC-FMG-2</td><td></td></tr><tr><td>Economy Dry Oxygen Service Pump</td><td>Harrick plasma</td><td>PDC-OPE-2</td><td></td></tr><tr><td>Tube Rotator</td><td>Stuart</td><td>SB3</td><td></td></tr><tr><td>Vacuum Desiccator</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>5311-0250</td><td></td></tr><tr><td>Milli-Q Water Purification System</td><td>Merck Millipore</td><td>ZRXQ015WW</td><td></td></tr><tr><td>Modular Humidity Generator</td><td>proUmid</td><td>MHG32</td><td></td></tr><tr><td>Proline Plus Pipette 100-1000 &amp;micro;L</td><td>Sartorius</td><td>728070</td><td></td></tr><tr><td>Silicon masters</td><td>NIL Technology</td><td>custom-made</td><td></td></tr><tr><td>Upright snapshot fluorescence microscope</td><td>Olympus</td><td>BX51</td><td></td></tr><tr><td>Microscope objectives</td><td>Olympus</td><td>10x and 60x UPlan FLN &amp;infin;/-/FN 26.5</td><td></td></tr><tr><td>Upright bright field microscope</td><td>Leica</td><td>DM 2500M</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonicator</td><td>Ultrawave Ltd.</td><td>U95</td><td></td></tr><tr><td>Spreadsheet for recording and intepreting automated alignment results</td><td>Microsoft</td><td>Excel</td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Reagent&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>2-propanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>34863</td><td>FLAMMABLE</td></tr><tr><td>Microscope Sildes, Clear, Ground</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>451000</td><td></td></tr><tr><td>(7&amp;ndash;8% vinylmethylsiloxane)-dimethylsiloxane copolymer, trimethylsiloxy-terminated</td><td>Gelest</td><td>VDT-731</td><td></td></tr><tr><td>1,3,5,7-tetramethyl-1,3,5,7-tetravinylcyclotetrasiloxane</td><td>Gelest</td><td>SIT7900.0</td><td></td></tr><tr><td>Platinum(0)-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane complex solution</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>479527</td><td>HARMFUL, TOXIC</td></tr><tr><td>(25&amp;ndash;35% methylhydrosiloxane)-dimethylsiloxane copolymer, trimethylsiloxane-terminated</td><td>Gelest</td><td>HMS-301</td><td></td></tr><tr><td>Weigh Boat 100 mL</td><td>Scientific Laboratory Supplies</td><td>BALI828</td><td></td></tr><tr><td>Pasteur pipette</td><td>Appleton Woods</td><td>KS230</td><td></td></tr><tr><td>Petri dish</td><td>SARSTEDT</td><td>82.1473</td><td></td></tr><tr><td>Razor blade</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>ST10-031T</td><td></td></tr><tr><td>Adhesive Carbon Tape</td><td>Agar scientific</td><td>AGG3939</td><td></td></tr><tr><td>16-Mercaptohexadecanoic acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>448303-1G</td><td>HARMFUL, TOXIC</td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>34852</td><td>FLAMMABLE</td></tr><tr><td>Gold coated microscope slide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>643203</td><td>Once opened gold will remain reactive to thiols for at least 1 month</td></tr><tr><td>Thiourea</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T8656</td><td>HARMFUL, TOXIC</td></tr><tr><td>Iron(III) nitrate nonahydrate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>529303</td><td>HARMFUL, TOXIC</td></tr><tr><td>Hydrochloric acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>84415</td><td>HARMFUL, TOXIC</td></tr><tr><td>(11-Mercaptoundecyl)hexa(ethylene glycol)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>675105</td><td>HARMFUL, TOXIC</td></tr><tr><td>Fibronectin from human plasma</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F0895</td><td></td></tr><tr><td>Cobalt(II) nitrate hexahydrate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>203106</td><td>HARMFUL, TOXIC</td></tr><tr><td>Dulbecco&amp;rsquo;s Phosphate Buffered Saline</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D8537</td><td></td></tr><tr><td>MSCGM Mesenchymal Stem Cell Growth Medium</td><td>Lonza UK</td><td>PT-3001</td><td></td></tr><tr><td>Human Mesenchymal Stem Cells</td><td>Lonza UK</td><td>PT-2501</td><td></td></tr><tr><td>Trypsin-EDTA</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T4174</td><td></td></tr><tr><td>Heraeus Multifuge X1 Centrifuge</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>75004210</td><td></td></tr><tr><td>CELLSTAR Centrifuge Tubes</td><td>Greiner Bio-One</td><td>188261</td><td></td></tr><tr><td>Paraformaldehyde</td><td>Fisher Scientific</td><td>P/0840/53</td><td>HARMFUL, TOXIC</td></tr><tr><td>Alexa Fluor 488 Phalloidin</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>A12379</td><td></td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T8787</td><td>&quot;Detergent&quot; in manuscript</td></tr><tr><td>VECTASHIELD Antifade Mounting Medium with DAPI</td><td>Vector Laboratories</td><td>H-1200</td><td></td></tr><tr><td>Rabbit anti-fibronectin antibody</td><td>Abcam</td><td>ab2413</td><td></td></tr><tr><td>Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 594</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>R37117</td><td></td></tr><tr><td>Bovine Serum Albumin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A3912</td><td></td></tr><tr><td>12-well plate</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>10253041</td><td></td></tr><tr><td>T75 tissue culture flask</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>10790113</td><td></td></tr><tr><td>cantilever</td><td>BudgetSensor</td><td>ContAl-G</td><td></td></tr></tbody></table>

large-area scanning probe nanolithography facilitated by automated alignment and its application to substrate fabrication for cell culture studies

스캐닝 프로브 현미경 다양 한 나노미터 스케일 기능 건설 ('첨가제') 하향식 제조 방법의 창조를 수 있게 되었습니다. 역사적으로, 스캐닝 프로브 리소 그래피의 주요 단점은 단일 프로브 시스템의 본질적으로 낮은 처리량 되었습니다. 이 배열의 증가 나노리 처리량 수 있도록 여러 개의 프로브를 사용 하 여 태 클 되어 있다. 이러한 병렬된 나노리를 구현 하기 위해 기판 표면 프로브 배열의 정확한 줄 맞춤은 중요 한, 모든 프로브 있도록 리소 그래피 패터 닝 시작 하는 때에 동시에 표면에 접촉. 이 프로토콜 센티미터 크기의 지역, 프로브 배열, 정확, 신속 하 고 자동 맞춤 알고리즘의 사용에 의해 촉진 된 나노미터 스케일 기능을 생산 하기 위해 폴리머 펜 리소 그래피의 활용을 설명 합니다. 여기, 나노리 골드 기판에 thiols의 높은 균등 성에 생성 기능을 보여 줍니다. 이러한 패턴은 다음 기능성 표면 감독 셀 형태학 연구의 맥락에서 사용 하기 위해 fibronectin 함께.

자동된 맞춤 성공 했다 여부 확인, (단계 4.8에서에서 스프레드시트)의 맞춤 데이터에서 플롯 그래프 시험 되었다. 맞춤 과정 성공 했다 어디에 해당 하는 샘플 단계 θ와 φ 축 따라 기울어져 되었습니다 있다 각도 두 개의 플롯 일련의 상승 및 하강 하는 데이터 요소를 보여주었다. 음모의 각 데이터 포인트의 2 개의 선형 맞는 보였다 "피크" 최대 z를 나타내는 잘 정의 된 교차-확장 및 해당 각도를 맞춤은 달성 (그림 4A 및 4B). 이 과정은 반복된 4 시간 (즉, 각 축에 대 한 두 번)와 4 개의 좌표 집합으로 꾸몄다. 좌표의 각 쌍의 교차로 따라서 전반적으로 최적의 각도 (그림 4C)을 보여 줍니다. 13 경우 맞춤은 성공 하지, 그것은 관찰할 수 있습니다 그들의 해당 θ와 φ 각도 플롯 좋은 품질 선형 적합에 영향을 주지 않는다 또는 (그림 5) 교차 하지 않습니다. 같은 실패 한 정렬 잘못 손질 또는 프로브 홀더 (단계 1.7, 1.8, 2.2)에 장착 되 고 배열 결과로 일반적으로 있다. 이 경우 배열 삭제 된 새로운 하나를 준비 하 고 (단계 1 및 2)를 탑재, 그리고 맞춤 과정 (4 단계)를 반복.
성공적인 정렬 및 ppl MHA와 리소 그래피, 패턴된 골드 기판 했다 다음 측면 힘 현미경 검사 법을 사용 하 여 증 착 했다 자리를 차지 하 고 있다 여부를 확인할 하 몇 군데. 인쇄 표면의 더 큰 지역 시험 또한 입금된 thiol (그림 6 및 그림 7)에 의해 보호 되지 골드의 에칭 후는 기판의 광학 현미경에 의해 실시 되었다. 그러나, 에칭된 패턴 추가 기능화에 사용할 수 없습니다 그리고만 인쇄 표면 기판의 배치의 대표 샘플에 패턴을 확인 하는 데 사용 한다. 에칭된 패턴 개별 펜 (그림 8)에 해당 하는 빈 영역을 표시,이 결과 프로브 배열의 생산 성공적으로 완료 하지 않은 그리고 몇몇 프로브는 손상 되거나 손실 된 나타냅니다. 프로브의이 이질성이 어디 perfluorinated 코팅은 마모 (1.3 단계)는 옛 마스터의 사용 될 수 있습니다 일부 프로브 배열 마스터에서 분리 될 때 멀리 찢어진 되 고 그 결과. 이러한 경우에는 새 마스터를 사용 해야 합니다. 거품 유리 백업 및 마스터 (1.5), 단계 사이 갇혀 또는 경우 프로브 배열 하지 완전히 분리 된 마스터에서 (단계 1.8) 치료 후 결과 공기의 존재로 인해 수도 있습니다.
Fibronectin 기능성된 표면 incubated hMSCs는 또한의 형광 현미경 이미지 수집 (그림 9). 일반적으로, 모든 기판 했다 생체 외에서 문화 환경 내에서 안정 하 고 셀 준수 작은 고립 된 20 x 20 배열 기능의 경우 인쇄 패턴에 그들의 형태를 적응.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56967/56967fig1.jpg"> 그림 1입니다. 프로브 팁에 물 초승달 모양 분자 잉크 전송 통해 보여주는 폴리머 펜 리소 그래피의 도식 대표. (A) 측면도 및 (B) 고분자 펜 배열 평면도 프로브 배열 및 표면 기판 완벽 하 게 정렬 하 고 때 모든 프로브 접촉 표면 동시에 병렬된 리소 그래피 결과 나타냅니다. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56967/56967fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56967/56967fig2.jpg"> 그림 2입니다. 폴리머 펜 리소 그래피의 회로도 설정 최대 (A) 확장된 측 준비 조사 배열 홀더 프로브에 연결 되 고 AFM 스캐너에 장착 되 실험 설정 보기 기판에 스테이지에 배치, 위치는 아래 3 개의 힘 센서. (샘플 단계 상대적인 AFM 스캔 헤드를 보여주는 조립된 계측 B) 한 표현입니다. (C) 아래 보기 힘 센서 위치를 보여주는. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56967/56967fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56967/56967fig3.jpg"> 그림 3입니다. 회로도 표현을 정렬 절차에 대 한 분광학 프로그램 묘사. AFM 스캐너는 10 µ m 100 ms 이내 250 ms에 대 한 위치에서 개최 100 ms 이내 10 µ m의 철회 및 끌어 넣어진된 위치에서 250 ms에 대 한 개최의 거리에 의해 샘플을 향해 프로브를 이동 하도록 설정 됩니다. 모션 다음 맞춤 과정을 통해 반복 됩니다. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56967/56967fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56967/56967fig4.jpg"> 그림 4입니다. 그래프 보여주는 성공적인 정렬. ● 실제 값 측정 및 + 최고를 나타냅니다을 나타냅니다에 대 한 기울기 각도 (A) θ 그리고 φ (B) 성공적인 정렬에 대 한 z 위치의 그래프 최소 제곱법과 적합. (C) φ θ에 대 한 그래프 장착 각도 4 점 최대 z 위치에 도달 했다. 교차점 표시 두 축에 걸쳐 최종 최적 기울기 각도입니다. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56967/56967fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56967/56967fig5.jpg"> 그림 5입니다. 실패 한 줄 맞춤을 설명 하는 그래프. ● 실제 값 측정 및 + 최고를 나타냅니다을 나타냅니다에 대 한 기울기 각도 (A) θ 그리고 φ (B)는 실패 한 정렬에 대 한 z 위치의 그래프 최소 제곱법과 적합. (C) φ θ에 대 한 그래프 장착 각도 4 점 최대 z 위치에 도달 했다. 아니 분명 옵 티 마 또는 교차점 관찰 되 고 따라서 최적의 정렬 각도 확인 되지 않습니다. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56967/56967fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56967/56967fig6.jpg"> 그림 6입니다. 설명 광학 현미경, 원자 힘 현미경 이미지 MHA 패턴 정렬된 PPL 배열 하 여 되었고 다음 에칭 골드 기판의. (A)와 (B)는 순차적으로 확대 광학 현미경 이미지 에칭 패턴; (C)는 패턴의 단일 격자의 AFM 지형 이미지. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56967/56967fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56967/56967fig7.jpg"> 그림 7입니다. MHA 패턴 정렬된 PPL 배열 하 여 되었고 다음 에칭 골드 기판의 설명을 광학 현미경 이미지. (A) (B)는 순차적으로 확대 광학 현미경 에칭된 패턴의 이미지와 (C)는 낮은 확대 이미지 균질 패턴 큰 영역 표시입니다. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56967/56967fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56967/56967fig8.jpg"> 그림 8입니다. 하 여 균등 하지 MHA 패턴 다음 에칭 골드 기판의 설명을 광학 현미경 이미지. (표시는 삽입) 의도 패턴 z증가 제작한 모든 두 라인 20 줄 정렬 20 도트 라인의 격자를 반복 했다-1 µ m (5에서-5 µ m에 배열 되는)에 의해 축 확장. 그것은 그 일부 지역에서 아무 패턴 생성 되, 그 위치에 누락 된 프로브 때문 볼 수 있습니다. 점의 두 라인은 생산 영역에서이 결과 나타냅니다 프로브는 존재 하지만 그것은 완벽 하 게 작동 프로브와 같은 높이의 유일한 예금 배열의 전체 z확장 기능-축 거리. 이 이미지에서 대비 의도적으로 부분적으로 인쇄 영역의 관찰 수 있도록 변경 되었습니다. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56967/56967fig8large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56967/56967fig9.jpg"> 그림 9입니다. PPL에 의해 템플릿 fibronectin 배열에 경작 하는 hMSCs의 Epifluorescence 현미경 이미지. (A)와 (B)는 고배율 이미지 표시 개별 셀. (C) 셀와 (D)은 (인쇄 된 패턴의 회로도 속지에도 표시) 그리드 배열에서 경작 하는 세포의 넓은 필드 이미지를 부착 하지 않고 fibronectin 배열의 예제 패턴 보여준다. 셀은 fibronectin (빨강), F-말라 (녹색)으로 표시 하 여 세포 핵 (블루) 얼룩이 있습니다. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56967/56967fig9large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

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Large-area Scanning Probe Nanolithography Facilitated by Automated Alignment and Its Application to Substrate Fabrication for Cell Culture Studies

여기 선물이 광역 스캐닝 프로브 나노리 프로브 배열의 반복 정렬 세포 표면 상호 작용 연구에 대 한 리소 그래피 패턴의 활용에 의해 사용에 대 한 프로토콜.

큰 지역 스캐닝 프로브 나노리 자동된 맞춤 및 셀 문화 연구에 대 한 기판 제작에의 응용에 의해 촉진

Scanning probe microscopy has enabled the creation of a variety of methods for the constructive (&#39;additive&#39;) top-down fabrication of ...

large-area-scanning-probe-nanolithography-facilitated-automated

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

9.6K 조회수.  University of Manchester. 여기 선물이 광역 스캐닝 프로브 나노리 프로브 배열의 반복 정렬 세포 표면 상호 작용 연구에 대 한 리소 그래피 패턴의 활용에 의해 사용에 대 한 프로토콜.

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Microfabricated Platforms for Mechanically Dynamic Cell Culture

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or fundamental cell biology studies is limited by current bioreactor technologies, which cannot simultaneously apply a variety of mechanical stimuli to cultured cells. In order to address this issue, we have developed a series of microfabricated platforms designed to screen for the effects of mechanical stimuli in a high-throughput format. In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and further demonstrate how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

기계 다이나믹 셀 문화 Microfabricated 플랫폼

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or ...

연구

생체공학

Quantitative and Qualitative Examination of Particle-particle Interactions Using Colloidal Probe Nanoscopy

Colloidal Probe Nanoscopy (CPN), the study of the nano-scale interactive forces between a specifically prepared colloidal probe and any chosen substrate using the Atomic Force Microscope (AFM), can provide key insights into physical interactions present within colloidal systems. Colloidal systems are widely existent in several applications including, pharmaceuticals, foods, paints, paper, soil and minerals, detergents, printing and much more.1-3 Furthermore, colloids can exist in many states such as emulsions, foams and suspensions. Using colloidal probe nanoscopy one can obtain key information on the adhesive properties, binding energies and even gain insight into the physical stability and coagulation kinetics of the colloids present within. Additionally, colloidal probe nanoscopy can be used with biological cells to aid in drug discovery and formulation development. In this paper we describe a method for conducting colloidal probe nanoscopy, discuss key factors that are important to consider during the measurement, and show that both quantitative and qualitative data that can be obtained from such measurements.

Colloidal probe nanoscopy can be used within a variety of fields to gain insight into the physical stability and coagulation kinetics of colloidal systems and aid in drug discovery and formulation sciences using biological systems. The method described within provides a quantitative and qualitative means to study such systems.

콜로이드 프로브 Nanoscopy을 사용하여 입자 간 상호 작용의 양적 및 질적 시험

Colloidal Probe Nanoscopy (CPN), the study of the nano-scale interactive forces between a specifically prepared colloidal probe and any chosen substrate ...

화학

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process being used in order to maintain exquisite control over both feature size and feature density. Here, we demonstrate a method for tracking atomically resolved and controlled structures from initial template definition through final nanostructure metrology, opening up a pathway for top-down atomic control over nanofabrication. Hydrogen depassivation lithography is the first step of the nanoscale fabrication process followed by selective atomic layer deposition of up to 2.8 nm of titania to make a nanoscale etch mask. Contrast with the background is shown, indicating different mechanisms for growth on the desired patterns and on the H passivated background. The patterns are then transferred into the bulk using reactive ion etching to form 20 nm tall nanostructures with linewidths down to ~6 nm. To illustrate the limitations of this process, arrays of holes and lines are fabricated. The various nanofabrication process steps are performed at disparate locations, so process integration is discussed. Related issues are discussed including using fiducial marks for finding nanostructures on a macroscopic sample and protecting the chemically reactive patterned Si(100)-H surface against degradation due to atmospheric exposure.

We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated.

원자 추적 가능한 나노 구조 제작

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process ...

공학

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by employing an aberration-corrected scanning transmission electron microscope as the exposure tool. Here, we present results of single-digit nanometer patterning of two widely used electron-beam resists: poly (methyl methacrylate) and hydrogen silsesquioxane. The method achieves sub-5 nanometer features in poly (methyl methacrylate) and sub-10 nanometer resolution in hydrogen silsesquioxane. High-fidelity transfer of these patterns into target materials of choice can be performed using metal lift-off, plasma etch, and resist infiltration with organometallics.

We use an aberration-corrected scanning transmission electron microscope to define single-digit nanometer patterns in two widely-used electron-beam resists: poly (methyl methacrylate) and hydrogen silsesquioxane. Resist patterns can be replicated in target materials of choice with single-digit nanometer fidelity using liftoff, plasma etching, and resist infiltration by organometallics.

자리 나노미터 전자 빔 리소 그래피는 수 차 수정 스캐닝 전송 전자 현미경으로

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by ...

A Label-free Technique for the Spatio-temporal Imaging of Single Cell Secretions

Inter-cellular communication is an integral part of a complex system that helps in maintaining basic cellular activities. As a result, the malfunctioning of such signaling can lead to many disorders. To understand cell-to-cell signaling, it is essential to study the spatial and temporal nature of the secreted molecules from the cell without disturbing the local environment. Various assays have been developed to study protein secretion, however, these methods are typically based on fluorescent probes which disrupt the relevant signaling pathways. To overcome this limitation, a label-free technique is required.
In this paper, we describe the fabrication and application of a label-free localized surface plasmon resonance imaging (LSPRi) technology capable of detecting protein secretions from a single cell. The plasmonic nanostructures are lithographically patterned onto a standard glass coverslip and can be excited using visible light on commercially available light microscopes. Only a small fraction of the coverslip is covered by the nanostructures and hence this technique is well suited for combining common techniques such as fluorescence and bright-field imaging.
A multidisciplinary approach is used in this protocol which incorporates sensor nanofabrication and subsequent biofunctionalization, binding kinetics characterization of ligand and analyte, the integration of the chip and live cells, and the analysis of the measured signal. As a whole, this technology enables a general label-free approach towards mapping cellular secretions and correlating them with the responses of nearby cells.

Inter-cellular communication is critical for controlling various physiological activities within and outside the cell. This paper describes a protocol for measuring the spatio-temporal nature of single cell secretions. To achieve this, a multidisciplinary approach is used which integrates label-free nanoplasmonic sensing with live cell imaging.

단일 세포 분비물의 공간 - 시간 영상의 레이블이없는 기술

Inter-cellular communication is an integral part of a complex system that helps in maintaining basic cellular activities. As a result, the malfunctioning ...

Expanding Nanopatterned Substrates Using Stitch Technique for Nanotopographical Modulation of Cell Behavior

Substrate nanotopography has been shown to be a potent modulator of cell phenotype and function. To dissect nanotopography modulation of cell behavior, a large area of nanopatterned substrate is desirable so that enough cells can be cultured on the nanotopography for subsequent biochemical and molecular biology analyses. However, current nanofabrication techniques have limitations to generate highly defined nanopatterns over a large area. Herein, we present a method to expand nanopatterned substrates from a small, highly defined nanopattern to a large area using stitch technique. The method combines multiple techniques, involving soft lithography to replicate poly(dimethylsiloxane) (PDMS) molds from a well-defined mold, stitch technique to assemble multiple PDMS molds to a single large mold, and nanoimprinting to generate a master mold on polystyrene (PS) substrates. With the PS master mold, we produce PDMS working substrates and demonstrate nanotopographical modulation of cell spreading. This method provides a simple, affordable yet versatile avenue to generate well-defined nanopatterns over large areas, and is potentially extended to create micro-/nanoscale devices with hybrid components.

A protocol for producing a large area of nanopatterned substrate from small nanopatterned molds for study of nanotopographical modulation of cell behavior is presented.

셀 동작의 Nanotopographical 변조를위한 나노 패턴 기판 사용 스티치 기법을 확장

Substrate nanotopography has been shown to be a potent modulator of cell phenotype and function. To dissect nanotopography modulation of cell behavior, a ...

AFMS의 병렬 활성 캔틸레버 어레이를 통해 고처리량 검사 가능

Active Probe Atomic Force Microscopy with Quattro-Parallel Cantilever Arrays for High-Throughput Large-Scale Sample Inspection

An Atomic Force Microscope&#160;(AFM) is&#160;a powerful and versatile tool for nanoscale surface studies to capture 3D topography images of samples. However, due to their limited imaging throughput, AFMs have not been widely adopted for large-scale inspection purposes. Researchers have developed high-speed AFM systems to record dynamic process videos in chemical and biological reactions at tens of frames per second, at the cost of a small imaging area of up to several square micrometers. In contrast, inspecting large-scale nanofabricated structures, such as semiconductor wafers, requires nanoscale spatial resolution imaging of a static sample over hundreds of square centimeters with high productivity. Conventional AFMs use a single passive cantilever probe with an optical beam deflection system, which can only collect one pixel at a time during AFM imaging, resulting in low imaging throughput. This work utilizes an array of active cantilevers with embedded piezoresistive sensors and thermomechanical actuators, which allows simultaneous multi-cantilever operation in parallel operation for increased imaging throughput. When combined with large-range nano-positioners and proper control algorithms, each cantilever can be individually controlled to capture multiple AFM images. With data-driven post-processing algorithms, the images can be stitched together, and defect detection can be performed by comparing them to the desired geometry. This paper introduces principles of the custom AFM using the active cantilever arrays, followed by a discussion on practical experiment considerations for inspection applications. Selected example images of silicon calibration grating, highly-oriented pyrolytic graphite, and extreme ultraviolet lithography masks are captured using an array of four active cantilevers (&#34;Quattro&#34;) with a 125 &#181;m tip separation distance. With more engineering integration, this high-throughput, large-scale imaging tool can provide 3D metrological data for extreme ultraviolet (EUV) masks, chemical mechanical planarization (CMP) inspection, failure analysis, displays, thin-film step measurements, roughness measurement dies, and laser-engraved dry gas seal grooves.

저자 스포트라이트: Quattro-Parallel Cantilever Arrays를 사용한 Active Probe Atomic Force Microscopy 소개

Large-scale sample inspection with nanoscale resolution has a wide range of applications, especially for nanofabricated semiconductor wafers. Atomic force microscopes can be a great tool for this purpose, but are limited by their imaging speed. This work utilizes parallel active cantilever arrays in AFMs to enable high-throughput and large-scale inspections.

고처리량 대규모 시료 검사를 위한 Quattro-Parallel Cantilever 어레이를 사용한 Active Probe Atomic Force Microscopy

An Atomic Force Microscope&#160;(AFM) is&#160;a powerful and versatile tool for nanoscale surface studies to capture 3D topography images of samples. ...

Live Cell Response to Mechanical Stimulation Studied by Integrated Optical and Atomic Force Microscopy

To understand the mechanism by which living cells sense mechanical forces, and how they respond and adapt to their environment, a new technology able to investigate cells behavior at sub-cellular level with high spatial and temporal resolution was developed. Thus, an atomic force microscope (AFM) was integrated with total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy and fast-spinning disk (FSD) confocal microscopy. The integrated system is broadly applicable across a wide range of molecular dynamic studies in any adherent live cells, allowing direct optical imaging of cell responses to mechanical stimulation in real-time. Significant rearrangement of the actin filaments and focal adhesions was shown due to local mechanical stimulation at the apical cell surface that induced changes into the cellular structure throughout the cell body. These innovative techniques will provide new information for understanding live cell restructuring and dynamics in response to mechanical force. A detailed protocol and a representative data set that show live cell response to mechanical stimulation are presented.

This paper aims to instruct the reader in the operation of an integrated atomic force-optical imaging microscope for mechanical stimulation of live cells in culture. A step-by-step protocol is presented. A representative data set that shows live cell response to mechanical stimulation is presented.

기계 자극에 라이브 세포 응답 통합 광학과 원자 힘 현미경에 의해 연구

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