Functionalization حجرية ناعمة وخالية من الزخرفة أوكسيد السيليكون والجرمانيوم

نحن هنا وصف طريقة بسيطة لfunctionalization الزخرفة السيليكون والجرمانيوم مع monolayers التفاعل العضوي والتظاهر أكسيد خالية من ركائز منقوشة مع الجزيئات الصغيرة والبروتينات. نهج يحمي الأسطح تماما من أكسدة المواد الكيميائية ، ويوفر دقة السيطرة على التشكل الميزة ، ويوفر سهولة الوصول إلى أنماط التمييز كيميائيا.

يوضح هذا البروتوكول كيفية تصميم السيليكون الخالي من الأكسيد في الجرمانيوم باستخدام طبقات أحادية عضوية تفاعلية باستخدام بروتوكول طباعة عالي الكفاءة وبسيط من الناحية التشغيلية. كما يتم توضيح الوظيفة الانتقائية لركائز النمط مع كل من الجزيئات الصغيرة والبروتينات. تتمثل الخطوة الأولى من البروتوكول في تعديل ركائز السيليكون أو الجرمانيوم تساهميا باستخدام طبقة عضوية أولية أحادية الثبات للغاية.

هذا يحمي الواجهة العضوية غير العضوية الأساسية من التدهور التفاعلي والضرر التأكسدي. يتم تشكيل الطبقة الفوقية للهيدروكسي سميد إستر المرتبطة تساهميا لتوفير وظائف مائية وتفاعلية كامنة كخطوة ثانية ، يتم تصميم الركائز المعدلة الموحدة ثنائية الطبقة من NHS عن طريق طباعة التلامس الجزئي الحفاز باستخدام ملامسة ختم مرن معدل حمض النمط مع الطوابع التي تحلل مجموعات NHS ، وبالتالي تشكيل أنماط من الأحماض الكربوكسيلية المنشطة والخالية من NHS المتميزة كيميائيا. بعد ذلك ، يتم تشغيل ركائز النمط بجزيئات وبروتينات عضوية صغيرة.

تكتمل هذه الخطوة أولا بإصلاح NI Trello. أنهى حمض الخليك الثلاثي الروابط الوظيفية غير المتجانسة للمناطق الوظيفية في NHS وثانيا ، عن طريق الارتباط الانتقائي لسداسي الهيستامين الموسوم ببروتين الفلورسنت الأخضر. ينتج عن هذا النهج نتائج ممتازة مع أنماط شدة التألق التفاضلي التي تكون واضحة تماما في نمط من السلامة مستقر بشكل ملحوظ بعد تعديلات متعددة على السطح.

لذا فإن الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الحالية هي الدقة. يتم التحكم في النمط حقا من خلال دقة الختم نفسه بدلا من الانتشار. بدأ المشروع في الأصل من فكرة أن تقنيات الزخرفة التي تعتمد على التفاعل التحفيزي بدلا من الترسيب البسيط يجب أن يكون لها مزايا عديدة.

أولا ، لا يتم استهلاك المحفزات في التفاعل ويمكن إعادة استخدامها عدة مرات. على عكس الطباعة التقليدية أو الترسيب حيث تحتاج باستمرار إلى توفير مواد زخرفة جديدة. في عملنا المبكر ، قمنا بالفعل بربط جزيء المحفز بطرف A FM ، ثم قمنا بتعديره على طول السطح في عملية تسلسلية مثل أداة آلية للنمط.

لكن الختم المرن كان امتدادا منطقيا لتطبيقات التصنيع المتوازية الجاهزة. أحد أهم جوانب البروتوكول هو استخدام النظام الجزيئي ثنائي الطبقة. يسمح لنا النظام بأكل وتشغيل ركائز عضوية خالية من الأكسيد.

من الناحية المثالية ، يجب أن يحقق Sam الأولي الأولي إنهاء كاملا لجميع الذرات المكشوفة على السطح ويشكل نظاما جزيئيا معبأا ، والذي يمكن أن يحمي السطح من الأكسدة والتدهور. يجب أن تحتوي الطبقة العليا الثانوية على مجموعات وظيفية طرفية ، والتي يمكن تعديلها بشكل أكبر مع التحولات الكيميائية الإضافية. القيود الكبيرة على دقة طباعة التلامس الجزئي التقليدية هي انتشار النمط والجزيئات.

ترخص أساليبنا تفاعلا كيميائيا بين محفز يتم تعبئته حاليا على جذع وركيزة متصلة بالسيليكون أو الجرمانيوم. بسبب هذه الخصائص ، فإن تقنيتنا تحاول تكرار حجم صغير جدا بحجم 100 نانومتر ميزات أكثر. أو لأن الطريقة تخلق أنماطا كيميائية ، فمن الممكن تشغيلها من خلال تفاعلات محددة مع جزيئات بيولوجية وعضوية مختلفة.

يتطلب هذا الإجراء استخدام العديد من المواد الكيميائية الخطرة ، مثل حمض الهيدروفلوريك ومحلول رقائق النانو وكلوريد خماسي الفوسفور. عند العمل مع هذه الكواشف ، من المهم ارتداء الملابس الواقية المناسبة والعمل في بيئة جيدة التهوية. الجزء الأكثر تحديا في هذا البروتوكول هو نقل الأسطح المكلورة بسرعة إلى محلول المساحات الخضراء.

[إين وردر تو] تفادى إصلاح من الطبقة أكسيد, يبدأ بإعداد سيليكون واحدة 11 رقاقة. قم بتقطيعها إلى ركائز مربعة سنتيمتر واحد ، ونفض الركائز ونشطفها بالماء والإيثانول المصفى. بعد ذلك ، قم بإزالة أي تلوث عضوي عن طريق غمر ركائز السيليكون في طبق زجاجي يحتوي على نانو.

يسخن محلول الشريط إلى 75 درجة مئوية. انتظر 15 دقيقة ثم اشطفه. نظف كل ركيزة بالماء المصفى منزوع الأيونات.

امنح كل ركيزة حماما لمدة خمس دقائق في محلول HF بنسبة 5٪ لإزالة طبقة الأكسيد الأصلية ثم تجفيف السيليكون الخالي من الأكسيد بالنيتروجين. لإنتاج ركيزة مكلورة ، اغمر على الفور كل قطعة من السيليكون الخالي من الأكسيد في قارورة تلألؤ تحتوي على ملليلترين من كلوريد الفوسفور المشبع بنتا في كلورو بنزين. بعد اكتمال رد الفعل.

دع القوارير تبرد في درجة حرارة الغرفة. اشطف كل سطح بكلورو بنزين وجففه تحت النيتروجين المصفى. بعد ذلك ، ضع كل سطح سيليكون مكلور في قارورة ضغط تحتوي على أربعة ملليلتر من كلوريد البروبانول والمغنيسيوم.

احتضان قوارير الضغط عند 130 درجة مئوية لمدة 24 ساعة. بمجرد أن تبرد قوارير الضغط إلى درجة حرارة الغرفة ، اشطف كل سطح بسرعة باستخدام ثنائي كلورو الميثان والإيثانول وجففها تحت النيتروجين المصفى مثل تحضير ركيزة السيليكون. قطع رقاقة الجرمانيوم إلى مربعات سنتيمتر واحد والغبار وشطفها بالماء والإيثانول المصفى مع الجرمانيوم.

قم بإزالة الملوثات العضوية عن طريق غمر الركائز في طبق من الأسيتون لمدة 20 دقيقة. ثم اغمرها في محلول 10٪ HCL لمدة 15 دقيقة. جفف الركائز بالنيتروجين وضع كل سطح مكلور في قارورة ضغط تحتوي على أربعة ملليلتر من كلوريد المغنيسيوم الثماني.

احتضان القوارير على حرارة 130 درجة مئوية لمدة 48 ساعة. بعد الحضانة ، اترك القوارير لتبرد إلى درجة حرارة الغرفة واشطف كل رقاقة بسرعة بغاز الميثان الكلورو والإيثانول. جفف الرقائق تحت النيتروجين المصفى.

ابدأ بسحب بضع قطرات من NHS Diaz Solution على الميثيل المنتهي. اسمح للمحلول بالانتشار عبر السطح بالكامل. ضع الأسطح تحت مصباح الأشعة فوق البنفسجية لمدة 30 دقيقة.

ثم أضف المزيد من قطرات NHS Diaz إلى السطح واترك التفاعل يستمر. لمدة 30 دقيقة إضافية. اشطف الأسطح المعدلة من NHS بغاز الميثان الكلورو والإيثانول ، وجففها تحت النيتروجين المصفى.

ثم تابع تشغيل الجزيئات الصغيرة. أخيرا ، قم بتحليل الأسطح بواسطة XPS لتحديد تكوين العناصر. ابدأ تحضير الختم عن طريق خلط ورم الصوديوم كابتو سلفونات الإيثان في 10 ملليلتر من أربعة محلول HCL طبيعي في الديوكسان.

حرك المحلول في درجة حرارة الغرفة لمدة دقيقتين من المحلول. قم بتصفية كلوريد الصوديوم من خلال مرشح زجاجي ناعم ، ثم من خلال مرشح حقنة غشاء PTFE 0.2 ميكرون. الآن خذ المحلول الواضح لحمض الورم الصوتي كابتو إيثان في الديوكسان وتبخر من الديوكسان تحت ضغط منخفض.

تفاعل مع حمض السول الناتج مع ملليلترين من أكريلات البولي يوريثين ، وخليط البوليمر المسبق في درجة حرارة الغرفة ، ثم تحت الفراغ عند 50 درجة مئوية. تأكد من تحرير الخليط تماما من الزراعة المحاصرة لضمان البلمرة الناجحة للخليط البوليمري المسبق. من المهم عدم تسخين أي وقت مضى عند رد الفعل معي.

CAPTA atten حمض الصوتي, وعندما الأكسجين على الفراغ, في حين أن الحل لزج, صب على نمط السيليكون الرئيسي وتغطيته مع شريحة زجاجية مسطحة ملفوفة في الشكل. ثم عالج القالب عن طريق تعريضه للأشعة فوق البنفسجية. بعد البلمرة ، قم بإزالة الشريحة الزجاجية والفيلم الصغير وقم بتقشير الختم بعناية من السيد ، وقم بقص الختم بالحجم المناسب واغسله بالإيثانول والماء.

ثم جففه بالنيتروجين المصفى. فيما يلي أهم خطوة للبروتوكول. ضع الختم أعلى الركيزة المعدلة من NHS بدون حمل خارجي لتثبيتها معا.

لا تشحن الختم أو تضغط كثيرا. انتظر دقيقة واحدة ، ثم اشطف الركيزة وختمها بماء الإيثانول ثم الإيثانول مرة أخرى ، متبوعا بالتجفيف تحت النيتروجين المصفى. قم بتخزين الطوابع في درجة حرارة الغرفة لتحليل النمط المنتج.

استخدم الفحص المجهري الجانبي للقوة الذرية في وضع التلامس ومسح المجهر الإلكتروني. في هذه الخطوة ، نقوم بتعبئة GFP إلى سطح السيليكون النمطي. نبدأ أولا بتعديل الإستر المنشط بمشتق NTA ، ثم نشل حركة بروتين علامة HIIN على السطح من خلال استخلاب النيكل.

من المهم في هذه الخطوة الحفاظ على جزيء حيوي محل اهتمام عند درجة الحرارة المناسبة لتجنب التحلل غير المرغوب فيه. لربط البروتينات بنمط NHS ، إلى الركيزة ثنائية الوظيفة ، قم بغمرها في محلول من اللايسين ، وحمض nnn dia athetic ، وثلاثي إيثيل أمين. بعد ساعة ، اشطف الركائز بالماء متبوعا بالإيثانول.

الآن احتضان الركائز لمدة خمس دقائق في محلول مخلب من كبريتات النيكل. بعد ذلك ، اشطف الركائز بالماء والمخزن المؤقت الملزم ، متبوعا بغمرها في حمام من محلول GFP المثلج. بعد ساعة واحدة ، اشطف الركائز بنفس المخزن المؤقت الملزم ، متبوعا بشطف في PBS.

ثم قم بتخزين الركائز في PBS عند صفر درجة مئوية قبل التحليل. أخيرا ، قم بتحليل الأسطح عن طريق الفحص المجهري الفلوري لتصور المناطق المعدلة ب GFP. تم استخدام الزخرفة النانوية الحجرية الناعمة B لإنشاء أنماط انتقائية كيميائية على السيليكون الخالي من الأكسيد ، وعلى الجرمانيوم ، يؤدي التفاعل بين الركيزة الوظيفية NHS في ختم النمط التحفيزي إلى التحلل المائي لشقوق NHS في مناطق التلامس التأكيدي ، مما ينتج عنه نمط من خلال المناطق الحاملة للركيزة الوظيفية من الأحماض الكربوكسيلية المنشطة والخالية من NHS.

نظرا للطبيعة الخالية من الانتشار للطريقة ، فإن الدقة قريبة من دقة الطباعة الحجرية الضوئية كما هو موضح في ميزات 125 نانومتر. تم إعادة إنتاج هذه الميزات بشكل موحد عبر سطح ركيزة السيليكون بالكامل. كانت أبعاد الميزات المطبوعة متطابقة مع تلك الموجودة في سيد السيليكون المقابل والختم التحفيزي.

من اللافت للنظر أنه يمكن إعادة استخدام الختم التحفيزي عدة مرات دون فقدان الكفاءة. تم تحقيق الوظيفة الانتقائية الكيميائية لأشباه الموصلات النمطية من خلال استغلال التفاعلات التفاضلية للأحماض الكربوكسيلية المنشطة والحرة. تم لصق الروابط ثنائية الوظيفة غير المتجانسة الأولى التي تم إنهاؤها من حمض النيلو ثلاثي على المناطق الوظيفية في NHS ثم تم استخدامها على سطح نمط NHS الناتج كقالب للربط الانتقائي لعلامة الهيستامين السداسي G-F-P-N-H-S.

تم تشغيل السيليكون بشكل كيميائي مع جزيئات البروتين. باستخدام هذا النهج تحت الفحص المجهري الفلوري ، كان هناك فرق واضح في الشدة بين مناطق حمض الكربوكسيل الحر المعدل والمتحلل بالماء. يتسق حجم وشكل الميزات المكررة بين كل من الأسطح المنقوشة NHS والأسطح المعدلة GFP ، مما يؤكد الاستقرار الملحوظ للأسطح المعطلة الكربونية وانتقائية نهج الختم.

البروتوكول المقدم هو شكل من أشكال الحبر ، وطباعة أقل اتصالا دقيقا يمكن تطبيقها عالميا على أي ركيزة قادرة على دعم طبقات أحادية بسيطة جيدة الترتيب. لأن العملية لا تعتمد على نقل الحبر من الختم إلى السطح. يتم التخلص من قيود الدقة المنتشرة لطباعة التلامس الجزئي التقليدية والتفاعلية.

السماح بالتصنيع الروتيني للأجسام النانوية. يوفر دمج نظام جزيئي أساسي عالي الترتيب حماية كاملة لأشباه الموصلات الأساسية من تلف الأكسدة. يوفر تشكيل براءات الاختراع الانتقائية CHE نقاط تعلق تم حلها خصيصا لمجموعة متنوعة من الجزيئات البيولوجية والعضوية.

باستخدام أنشطة مختلفة لحالات carc الحرة والمنشطة ، تمكنا من تعبئة البروتينات السليمة على الأنماط التي تم إنشاؤها. ومع ذلك ، لا تقتصر هذه الطريقة على البروتينات السليمة ، ويمكن استخدامها لشل حركة الجزيئات الحيوية الأخرى مثل الحمض النووي والأجسام المضادة. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تعديل السيليكون التخميل أو الجرمانيوم بنظام جزيئي ونمط تحفيزي.

ركائز NHS المعدلة. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر العمل في بيئة نظيفة وخالية من الغبار. من المهم أيضا استخدام احتياطات السلامة اللازمة عند العمل مع المواد الخطرة مثل HF والنانو. تعري.