Patterning cellulare su fotolitograficamente Definito parylene-C: SiO₂ Substrati

La comprensione dei meccanismi che determinano l'adesione cellulare e patterning su materiali sintetici è importante per applicazioni come ingegneria dei tessuti, la scoperta di farmaci, e la fabbricazione di biosensori ^1-3. Molte tecniche sono disponibili e in continua evoluzione, ogni approfittando dei fattori biologici, chimici e fisici che influenzano una miriade di adesione cellulare.

Qui, descriviamo una tecnica di cell-patterning che utilizza i processi, inizialmente sviluppati per scopi di fabbricazione microelettroniche. Come tale, la piattaforma è ben posizionato per consentire l'integrazione a valle delle tecnologie microelettroniche, come MEA, nella piattaforma patterning.

L'interfaccia tra una membrana cellulare ed un materiale adiacente è bidirezionale e complesso. In vivo, proteine ​​della matrice extracellulare forniscono la struttura e la forza e l'impatto sul comportamento cellulare tramite interazione con recettori di adesione cellulare. Analogamente le cellule in vitro interagire con substrati sintetici via strati assorbite delle proteine ^​​4, mentre le influenze fisico-chimiche anche modulano l'adesione. Per esempio, una superficie polimerica può essere reso più "bagnabile" (idrofilo) da ioni o irradiazione di luce ultravioletta, o incisione mediante trattamento con acido o idrossido ^5. Modalità stabilite per patterning cellulare approfittare di questi e di altri mediatori di adesione cellulare. Gli esempi includono la stampa a getto d'inchiostro ^6, microcontact stampaggio ^7, immobilizzazione fisica ^{8, 9} microfluidica, manipolazione in tempo reale ¹⁰ e selettiva patterning assemblaggio molecolare (SMAP) ^11. Ognuno ha vantaggi e limitazioni specifiche. Un fattore chiave nel nostro lavoro, tuttavia, è quello di integrare patterning cellulare con sistemi microelettromeccanici (MEMS).

MEMS riferiscono a estremamente piccoli dispositivi meccanici azionati elettricamente. Questo si sovrappone con la scala nanometrica equivalente, nanoelectromechSistemi anical. Questo concetto è diventato pratica solo quando le strategie di semiconduttori hanno consentito di fabbricazione che si terrà alla microscala. Tecniche di microfabbricazione sviluppate originariamente per elettronica dei semiconduttori sono state inavvertitamente trovato utile per altri usi quali elettrofisiologia cellulare, per esempio. Un obiettivo a valle fondamentale è quello di combinare tali tecnologie microelettroniche con un processo di patterning cellulare ad alta fedeltà (formando un dispositivo bioMEMS). Diverse tecniche cell-patterning esistenti e comunque affidabili e pratici sono incompatibili con questa idea. Ad esempio, l'allineamento preciso delle eventuali microelettronica o biosensori embedded è fondamentale per la loro efficacia, ma è estremamente difficile da realizzare utilizzando una tecnica come timbratura a microcontatto.

Per aggirare questo problema, stiamo lavorando su una piattaforma patterning basata su ₂ SiO che utilizza fotolitograficamente stampato parilene-C. Fotolitografia comporta il trasferimento delle caratteristiche geometriche dauna maschera di un substrato mediante illuminazione UV. Una maschera è stata progettata con un adeguato programma di progettazione assistita da computer. Su una lastra di vetro, un sottile strato di cromo non trasparente rappresenta il disegno geometrico desiderato (risoluzione caratteristica di 1-2 mm è possibile). Il substrato deve essere modellato è rivestita con un sottile strato di photoresist (un polimero UV-sensitive). Il polimero rivestito viene poi allineato e portato in stretto contatto con la maschera. Una fonte UV viene applicato in modo tale che le aree non protette sono irradiati e quindi diventa solubile ed estraibile nella successiva fase di sviluppo, lasciando una rappresentazione parylene-C del modello di maschera dietro. Questo processo ha avuto origine durante lo sviluppo di dispositivi a semiconduttore. Come tale, wafer di silicio sono frequentemente utilizzati come substrato. Deposizione fotolitografica di parylene-C su SiO ₂ è quindi un processo semplice e affidabile che si svolge abitualmente in strutture camera bianca microelettronici.

Mentre parylene hadiverse caratteristiche desiderabili bioingegneria (chimicamente inerte, non bio-degradabile), un fattore limitante l'uso diretto patterning cellulare è la sua adesività delle cellule innato poveri, attribuito in parte alla sua estrema idrofobicità. Tuttavia, parylene-C è stato usato in precedenza indirettamente per patterning cellulare, per esempio come modello cellulare pelabile ^12,13. Questo approccio è limitata dalla scarsa risoluzione e richiede più passaggi. Il processo qui descritto invece utilizza un passo etch acido, seguito da incubazione del siero, per garantire che le regioni parylene-C diventano cellula-adesivo, attraverso una combinazione di riduzione idrofobicità e siero proteina legante.

Il risultato finale è una costruzione composta da due substrati diversi, che, dopo l'attivazione biologica, manifestano rispettive caratteristiche cito-adesivo o cito-repellente e quindi rappresenta una piattaforma picchiettare cella efficace. È importante sottolineare che non vi è alcuna necessità di introdurre ag biologicagenitori nella struttura camera bianca come i substrati fantasia possono essere conservati a tempo indefinito prima dell'uso (dopo di che vengono attivati ​​con siero fetale bovino o un'altra soluzione di attivazione).

Questa piattaforma parylene-C/SiO ₂ patterning è quindi un buon candidato per una coalizione con i componenti MEMS, i processi di fabbricazione così strettamente rispecchiano quelli utilizzati per la fabbricazione microelettronica.