我们报道了一种方法 原位 通过在充满液体的微流控腔室中对氢氟酸处理的Si (001)表面进行辐照,使其转变为亲水或疏水状态 H2O2/2O溶液(0.01%-0.5%)或甲醇溶液,使用相对较低脉冲能量密度的脉冲紫外激光。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
我们报道了一种方法 原位 通过在充满液体的微流控腔室中对氢氟酸处理的Si (001)表面进行辐照,使其转变为亲水或疏水状态 H2O2/2O溶液(0.01%-0.5%)或甲醇溶液,使用相对较低脉冲能量密度的脉冲紫外激光。
硅(Si)的润湿性是硅材料表面功能化技术及生物传感器件制备中的重要参数之一。本文报道了一种利用KrF和ArF激光辐照浸没于液体环境中的Si(001)样品的实验方案,通过较少的脉冲次数并在适度低的脉冲能量密度下运行,实现对硅润湿性的调控。将晶圆浸入0.01% H2O2/2O溶液未显示出初始接触角(CA)的可测变化,约为75°。然而,在充满0.01% H的微腔室中,使用500脉冲的KrF和ArF激光照射此类晶圆2O2/2O溶液在250和65 mJ/cm²2,分别使接触角降低至接近15°,表明已形成超亲水表面。通过X射线光电子能谱和原子力显微镜测量,已证实形成了OH端基的Si(001)表面,且晶圆表面形貌无明显变化。随后将选择性辐照区域的样品浸入生物素标记的荧光素染色纳米球溶液中2小时,成功实现了纳米球在未辐照区域的固定。这展示了该方法的潜在应用价值 选择性区域生物功能化及先进硅基生物传感结构的制备方法。我们还描述了一种类似的工艺,即将晶圆浸入甲醇(CH₃OH)中进行辐照3OH) 使用在65 mJ/cm脉冲能量下运行的ArF激光器2 和 原位 形成具有103°接触角的强疏水性Si(001)表面。XPS结果表明ArF激光诱导形成了Si–(OCH3)x 导致观察到的疏水性的化合物。然而,XPS在KrF激光于甲醇中辐照的Si表面未发现此类化合物,表明KrF激光无法光解甲醇并生成-OCH3 自由基。
硅(Si)因其卓越的电子和化学特性以及高机械强度,已成为微电子器件和生物医学芯片的理想选择1。针对涉及微流控和芯片实验室器件的应用,硅表面的选择性区域控制受到了广泛关注2,3。这种控制通常通过纳米尺度的表面粗糙度修饰或表面化学处理来实现4。在硅表面产生无序或有序结构的表面粗化或图案化方法包括光刻5、离子束光刻6和激光技术7。与这些方法相比, 据报道,激光表面织构化工艺更为简便,并具有生成高空间分辨率微结构的潜力8。然而,由于硅的织构化阈值较高,需要脉冲能量密度超过其烧蚀阈值(约500 mJ/cm2)才能诱导表面织构化9,因此硅表面的织构化通常需借助反应性气体环境辅助,例如高压SF6环境4,7,8。为改变硅表面的润湿性,大量研究集中于通过沉积有机10和无机薄膜2,或采用等离子体或电子束表面处理11,12等化学处理方法。已知硅表面因存在孤立或缔合的OH基团而表现出亲水性,可通过在100 °C的H2O2溶液中煮沸数分钟实现13。而疏水性硅表面状态大多由Si-H或Si-O-CH3基团引起,可通过湿化学处理实现,例如使用 HF酸溶液....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
1. 样品制备
2. 使用 ArF(λ=193 nm)和 KrF(λ=248 nm)激光器照射样品。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
这些代表性结果已在我们先前发表的研究中展示23,24. 图1 显示在 KrF 激光(250 mJ/cm²)照射下,接触角(CA)随脉冲次数(N)的变化情况2 在去离子水中2O 对于不同浓度的 H2O2/2O溶液(例如,0.01、0.02、0.05 和 0.2%)。对于所有 H2O2 溶液。最小接触角(~15°0.02% 和 0.01% H2O2 在500次脉冲时获得溶液。对于0.05%和0.2% H,观察到相对较大的CA。2O2 在脉冲数较大时(N≥500),溶液中发现未辐照样品(N=0)的CA下降 32° 从 75° 如 H2O2 浓度从 0.02% 增加到 0.2%。这些结果是在平均暴露于 H 10 分钟后获得的2O2 溶液,可能代表在.......
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
我们提出了一种在充满低浓度 H2O2 溶液的微流控腔室中,通过紫外激光照射 Si 衬底以诱导形成超亲水 Si 表面的方案,该现象主要归因于 Si-OH 的生成。H2O2 的紫外激光光解被认为会形成带负电的 OH- 自由基;同时,紫外激光的光电效应导致表面带正电37。因此,这些带负电的 OH- 自由基与带正电的表面相互作用,从而在表面生成 Si-OH。因此,我们可以通过增加激光脉冲次数以及提高与 Si 反应的 OH- 浓度来增强表面亲水性15。然而,在脉冲次数较大时,亲水性不再增加甚至出现下降,这是因为 H2O2 在热力学上不稳定,其分解反应为 2H2O2→2H2O+O238,导致 Si 表面附近区域产生过量的 O2。尽管该过程可能促进 SiO2 的.......
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者无任何利益冲突需要披露。
本研究工作得到了加拿大自然科学与工程研究理事会(发现基金项目编号:122795-2010)以及加拿大量子半导体研究讲席计划(JJD)的支持。我们非常感谢舍布鲁克大学材料表征中心(CCM)的Xiaohuan Xuang、Mohamed Walid Hassen以及Sonia Blais在采集XPS数据过程中提供的帮助和技术支持。NL感谢魁北克自然科学与技术研究基金会外国学生优异奖学金项目为研究生提供的奖学金支持。
....访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 荧光素标记的纳米球 | Invitrogen | F8795 | |
| OptiClear | National Diagnostics | OE-101 | |
| ArF 激光器(λ=193 nm) | Lumonics | pulse master 800 | |
| KrF 激光器(λ=248 nm) | Lumonics | pulse master 800 | |
| XPS | Kratos Analytical | AXIS Ultra DLD | |
| 荧光显微镜 | Olympus | IX71 | |
| XPS 定量分析软件 | CasaXPS | 2.3.15 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。