Name: Azlactone 功能块共聚物的刷状和交联膜制备反应表面 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 9 s
Description: 学习使用聚对二甲苯剥离界面定向组装和微接触印刷技术制备Azlactone功能块共聚物刷状和交联膜的方法。该方法可实现高均匀性聚合物厚度控制，同时完整保留Azlactone功能基团，适用于分析物捕获、细胞培养和防污涂层等多种生物应用。

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本研究由堪萨斯州立大学资助。部分研究在橡树岭国家实验室的纳米相材料科学中心进行，该中心由美国能源部基础能源科学办公室科学用户设施部门赞助。

1. PGMA-b-PVDMA 的合成20
<ol>
	<li>PGMA大分子链转移剂（Macro-CTA）的合成
	<ol>
		<li>使用一个250 mL圆底反应瓶，配备聚四氟乙烯涂层磁力搅拌子。</li>
		<li>将14.2 g甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA，142.18 g/mol）、490.8 mg 2-氰基-2-丙基十二烷基三硫代碳酸酯（CPDT，346.63 g/mol）、87.7 mg 2,2′-偶氮双(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈)（V-70，308.43 g/mol）（CPDT与V-70的摩尔比为5:1）以及苯（100 mL）加入无氧圆底烧瓶中。</li>
		<li>用氩气对反应混合物进行脱气处理，并搅拌30分钟。随后将溶液置于控温油浴中 30 °C 反应18小时。 
		注意：Macro-CTA 的目标分子量为 10,000 g/mol。确定达到合理转化率所需时间为 18 小时。聚合物溶液的颜色为透明淡黄色。</li>
		<li>18 h后，将圆底烧瓶浸入液氮中以终止反应2.</li>
		<li>将聚合物/苯的浅黄色溶液（约100 mL）倒入400 mL正己烷中，使聚合物沉淀。</li>
		<li>搅拌混合物5分钟。沉淀物将沉降至烧杯底部，通过过滤回收。</li>
		<li>将沉淀物在真空条件下干燥过夜，然后溶于400 mL四氢呋喃（THF）中，再在正己烷中重新沉淀。</li>
		<li>用氩气将这一新沉淀物再次干燥过夜。 
		注意：Macro-CTA 为淡黄色细粉。该反应的产物收率约为 43.8%。Mn PGMA大分子链转移剂的分子量为7,990 g/mol，多分散性（PDI）为1.506（MW = 12,030 g/mol。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>PGMA的合成b-PVDMA
	<ol>
		<li>在减压条件下对VDMA进行分馏，保留中间馏分（约70%）以供使用。 
		注意：此步骤用于去除聚合抑制剂。将蒸馏装置连接至施伦克线（Schlenk line），并将空气密封阀部分打开至真空管线。使用调压器（varistat）和加热套施加最低限度的热量，直至 VDMA 单体开始以每秒 1 滴的速度蒸馏。</li>
		<li>将2-乙烯基-4,4-二甲基恶唑啉酮（VDMA）（139.15 g/mol）单体（10.436 g）、PGMA大分子链转移剂（1.669 g）、V-70（14.5 mg；PGMA大分子链转移剂与V-70的摩尔比为3:1）和苯（75.0 mL）加入一个配有聚四氟乙烯包覆磁力搅拌子的250 mL单颈圆底反应瓶中。 
		注：分子量信息，PVDMA：139.15 g/mol，PGMA-大分子CTA：12,030 g/mol，苯：78.11 g/mol。</li>
		<li>用高纯度氩气对混合物进行脱气处理，并搅拌30分钟，然后置于油浴中 32 °C 18 小时。</li>
		<li>通过将圆底烧瓶浸入液氮中终止反应2.</li>
		<li>将聚合物在己烷中沉淀三次，并在真空条件下室温干燥。</li>
		<li>通过尺寸排阻色谱法（S）表征产物的分子量及PDI（参见 材料清单）按照Lokitz中的实验步骤进行 等20尺寸排阻色谱仪（S）配备三个 PLgel 5 µm 混合C柱（300 x 7.5 mm）串联，示差折光检测器（波长= 880 nm），光电二极管阵列检测器，多角度激光散射（MALS）检测器（波长= 660 nm），以及粘度计（见 材料表). 
		注意：本论文中所有实验所用产品均为聚甲基丙烯酸甘油酯（PGMA）和聚乙烯基二甲基吖丙啶（PVDMA）嵌段长度分别为56和175的样品。该嵌段共聚物的分子量为37,620 g/mol，PDI为1.16。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 在硅基底上生成聚对二甲苯掩模图案
<ol>
	<li>聚对二甲苯涂层
	<ol>
		<li>将硅片在50% wt.丙酮水溶液中超声处理5分钟，随后在50% wt.异丙醇（IPA）水溶液中超声处理5分钟。</li>
		<li>用去离子水（DI水）冲洗硅片，并用氮气吹干。</li>
		<li>使用聚对二甲苯涂覆仪（见材料表）在4英寸硅片上沉积80 nm和1 µm厚的聚对二甲苯N。 
		注：使用表面轮廓仪（见材料表）表征聚对二甲苯薄膜的厚度。
		<ol>
			<li>针对每套独立的聚对二甲苯涂层系统，使用聚对二甲苯二聚体质量校准薄膜厚度。 
			注：在当前系统中，分别需要约80 mg和约1000 mg聚对二甲苯N二聚体以获得80 nm和1 µm的薄膜厚度（基于所获得的校准曲线）。</li>
			<li>操作聚对二甲苯涂覆仪时采用以下参数：压力：80 mTorr，持续时间：1 h，炉温：690 °C，汽化器温度：160 °C。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>光刻
	<ol>
		<li>将硅片在100 °C烘箱中烘烤20分钟；然后在室温下静置3分钟。 
		注：额外的等待时间可改善光刻胶的附着力。</li>
		<li>取2 mL正性光刻胶（见材料表），滴加至涂有聚对二甲苯的硅片中心，以3000 rpm转速旋涂30秒。 
		注：旋涂操作必须在通风橱内进行。</li>
		<li>静置1分钟后，在热板上以105 °C烘烤硅片1分钟。</li>
		<li>将掩模版装入掩模对准系统（见材料表），用紫外光（λ=325 nm）照射硅片10秒，剂量为65 mJ/cm2。</li>
		<li>将硅片在室温下再静置5分钟。</li>
		<li>将硅片浸入显影液（见材料表）中显影2分钟，用去离子水冲洗后用N2吹干。此步骤需在通风橱内完成。 
		注：显影后，经紫外光照射区域的光刻胶应完全去除。使用光学显微镜（见材料表）检查硅片。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>反应离子刻蚀
	<ol>
		<li>使用反应离子刻蚀（RIE）设备（见材料表）通过氧等离子体刻蚀已完成显影的硅片。</li>
		<li>设定氧气流速为50 cm3/min，腔室压力为20 mTorr。</li>
		<li>对于1 µm厚的聚对二甲苯薄膜，采用50 W射频（RF）功率和500 W电感耦合等离子体（ICP）功率，刻蚀100秒，以去除图案区域中暴露的聚对二甲苯。对应的聚对二甲苯刻蚀速率为1.0–1.15 µm/min。</li>
		<li>对于80 nm厚的聚对二甲苯薄膜，采用50 W射频功率和200 W ICP功率，刻蚀55秒，以去除图案区域中暴露的聚对二甲苯。对应的聚对二甲苯刻蚀速率为570–620 nm/min。 
		注：为高效去除聚对二甲苯，应针对每套RIE系统测定其聚对二甲苯刻蚀速率。</li>
		<li>使用光学显微镜检查刻蚀后的基底。当暴露区域的聚对二甲苯完全去除后，硅表面将呈现光泽。</li>
		<li>使用表面轮廓仪（见材料表）验证刻蚀深度。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 聚对二甲苯剥离工艺
<ol>
	<li>聚合物溶液的制备
	<ol>
		<li>将PGMA-b-PVDMA溶解于氯仿中（1% wt.）。氯仿应为无水状态，以防止偶氮内酯基团发生水解。 
		注：氯仿是首选溶剂，因其对聚合物具有较高的溶解度，相比其他有机溶剂可实现更均匀的单条聚合物链表面沉积25。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用等离子清洗机清洗聚对二甲苯掩模
	<ol>
		<li>打开等离子清洗机（见材料表）主电源，将涂覆有聚对二甲苯的基底放入等离子清洗机腔室中。</li>
		<li>启动真空泵，抽除腔室内空气，直至压力表读数低于400 mTorr。</li>
		<li>轻微打开计量阀，使空气进入等离子清洗机，直至压力表显示800–1000 mTorr。</li>
		<li>选择RF的Hi模式，对基底处理3分钟。</li>
		<li>处理结束后，关闭射频电源和真空泵。</li>
		<li>关闭等离子清洗机，并取出基底。 
		注：等离子清洗后，表面呈现亲水性行为（图1B）。裸硅表面在等离子清洗前后的水接触角分别为27° ± 2°和0°。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在聚对二甲苯掩模上旋涂PGMA-b-PVDMA、退火及超声处理
	<ol>
		<li>立即使用旋涂仪（见材料表），将100 µL无水氯仿中的1% wt. PGMA-b-PVDMA溶液以1500 rpm转速旋涂15秒。 
		注：在移液加入聚合物溶液后1–2秒内完成旋涂，以尽量减少因氯仿快速挥发导致的薄膜不均匀性。</li>
		<li>在真空烘箱中（见材料表）于110 °C退火18小时。 
		注：退火过程可促进聚合物的微相分离，并使GMA嵌段与表面发生结合26。
		<ol>
			<li>退火完成后，通过测量基底的接触角对聚合物涂层进行表征。表面接触角为75°± 1°（图1C）20。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>将基底置于20 mL丙酮或氯仿中进行10分钟超声处理，以去除聚对二甲苯层及任何物理吸附的聚合物。 
		注：采用以下超声条件：超声功率284 W；工作频率40 kHz（见材料表）。 
		注：也可通过在基底边缘贴上一片透明胶带并将其拉起的方式将聚对二甲苯从基底上剥离27。</li>
		<li>将基底在干燥器中真空保存，直至进行表征。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="接触角测量示意图，角度分别为 27°±2° 和 75°±1°，比例尺 400 µm，表面分析。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57562/57562fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Figure 1"> 
图1：处理后硅基底的接触角测量结果。（A）原始硅片，（B）等离子清洗后的硅片，（C）旋涂PGMA-b-PVDMA的硅片（经退火并在氯仿中超声处理后）。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57562/57562fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
4. PGMA-b-PVDMA 界面导向组装程序
注意：根据具体应用，该步骤可在含有化学惰性背景（第4.1节）或生物惰性背景（第4.2节）的基底上进行。
<ol>
	<li>在硅基底上制备化学惰性背景
	<ol>
		<li>使用氧气等离子体清洗机清洗裸硅片（见第3.2节）。</li>
		<li>用移液器将100 µL三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷（TPS）滴加至培养皿中，并将硅基底置于真空干燥器内，紧邻该培养皿放置。</li>
		<li>抽真空（-750 Torr）1小时，进行化学气相沉积（CVD）。 
		警告：TPS具有高毒性，CVD过程必须在通风橱内操作。 
		备注：1小时后，基底表现出疏水性。CVD处理后通常测得接触角为109°± 3°。TPS薄膜厚度为1.5 ± 0.5 nm。 
		备注：TPS可阻断反应性表面氧化层与PGMA-b-PVDMA之间的反应。</li>
		<li>在晶圆上涂覆聚对二甲苯（厚度1 µm）。通过光刻和反应离子刻蚀形成聚对二甲苯图案（见第2节），并刻蚀掉暴露区域的TPS层。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在硅基底上制备聚乙二醇（PEG）背景
	<ol>
		<li>使用氧气等离子体清洗机清洗裸硅基底，处理3分钟（见第3.2节）。</li>
		<li>进行TPS的化学气相沉积（CVD），持续1小时（见第4.1.2节）。</li>
		<li>将基底浸入含0.7% wt/v Pluronic F-127的超纯水溶液中，浸泡18小时，以在表面形成PEG层28,29。 
		备注：Pluronic分子在两条PEG链之间含有一个疏水性聚丙烯氧化物（PPO）聚合物链段。PPO链段将聚合物锚定在TPS表面，而PEG链段则暴露于溶液中28。</li>
		<li>用100 mL超纯水洗涤并冲洗基底5分钟。</li>
		<li>使用聚对二甲苯涂覆仪，在4英寸硅晶圆上分别沉积80 nm和1 µm厚的聚对二甲苯N。</li>
		<li>进行光刻和反应离子刻蚀，以形成聚对二甲苯图案（见第2节）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>超声处理、PGMA-b-PVDMA聚合物旋涂及基底退火
	<ol>
		<li>将化学惰性（TPS）基底（见第4.1节）或PEG功能化基底（见第4.2节）在丙酮中超声处理10分钟，以去除聚对二甲苯层。</li>
		<li>在超声处理后的基底上旋涂100 µL浓度为1% wt.的PGMA-b-PVDMA无水氯仿溶液，转速1500 rpm，持续15秒。</li>
		<li>在真空条件下，于110 °C对聚合物薄膜退火18小时。</li>
		<li>在丙酮或氯仿中超声处理基底10分钟，以去除表面背景区域中物理吸附的聚合物。</li>
		<li>将基底储存于真空干燥器中，待后续使用。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. 定制的PGMA-b-PVDMA微接触印刷（μCP）
<ol>
	<li>PDMS印章的制备
	<ol>
		<li>根据标准光刻工艺制备硅模板30。使用CVD工艺（第4.1.2节）在硅模板表面沉积抗粘附性TPS。 
		注意：硅模具在首次使用时应进行TPS处理，并在使用5-10次后重新涂覆。</li>
		<li>采用标准软光刻方法制备印章（PDMS预聚物与固化剂的质量比为10:1）31。 
		注意：本研究中使用的印章包含微柱阵列（直径 = 5-50 µm，高度 = 20 µm）。</li>
		<li>裁剪出单个印章。将印章依次在1 M HCl中超声清洗10分钟，在丙酮中清洗5分钟，再在乙醇中清洗5分钟。</li>
		<li>将印章置于80 °C的对流烘箱中干燥20分钟，以去除残留的有机溶剂。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在硅基底上进行PGMA-b-PVDMA的微接触印刷
	<ol>
		<li>使用CVD工艺（第4.1.2节）将TPS沉积到PDMS印章表面。 
		注意：TPS层用于防止聚合物与印章表面发生偶联。 
		注意：可在TPS吸附后通过接触角测量对印章进行表征，如图2 （插图A、B）所示。</li>
		<li>将PGMA-b-PVDMA聚合物溶解于无水氯仿中，浓度为0.25-1% wt。</li>
		<li>将印章浸入5 mL聚合物溶液中3分钟。</li>
		<li>对2×2 cm的裸硅基底进行等离子清洗3分钟，以清洁表面，便于与PGMA嵌段偶联（第3.2节）。</li>
		<li>从聚合物溶液中取出已涂覆聚合物的印章。 
		注意：印章必须在仍处于湿润状态且表面存在溶液层时立即用于印刷。</li>
		<li>将已上墨的印章直接放置在硅基底上。</li>
		<li>使用手动钻床压力装置（见材料表）（图3）将涂有聚合物的印章压在硅表面，以促进图案转移。在将印章从聚合物溶液中取出后，应立即（1-2秒内）将其贴附到基底上。 
		注意：可将硅基底和PDMS印章均置于双面胶带上，以尽量减少因压力不均或过高导致的PDMS印章形变32。</li>
		<li>使聚合物上墨的印章与硅基底保持贴合接触1分钟。施加约75 g/cm2（7.35 kPa）的压力进行压印。</li>
		<li>轻柔地将印章从硅表面分离。</li>
		<li>立即将印刷后的硅基底在真空烘箱中于110 °C退火18小时。</li>
		<li>将印刷后的硅基底在丙酮或氯仿中超声处理10分钟，以去除任何物理吸附的PGMA-b-PVDMA，随后用N2吹干。
		<ol>
			<li>对印刷后PDMS印章（印刷步骤后）和印刷硅基底（退火和超声步骤后）进行表面表征分析，以验证PGMA-b-PVDMA的成功转移。 
			注意：可分别采用表面轮廓仪和衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）分析印刷硅基底和PDMS印章。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>将基底储存在真空干燥器中，直至进行表征。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="FTIR光谱图；PDMS接触角分析、表面修饰结果、波数与吸光度关系。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57562/57562fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图2"> 
图2：经处理的PDMS印章的ATR-FTIR测量结果（相对强度）。（插图A） 未经处理的PDMS印章的接触角测量结果。（插图B） 经TPS处理的PDMS印章的接触角测量结果。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57562/57562fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="用于样品制备的手动压机装置，标示组件 A-D，并展示手动操作。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57562/57562fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图 3"> 
图 3：将 PGMA-b-PVDMA 溶液微接触印刷（μCP）到硅基底上的装置示意图。 该操作步骤包括使用 (A) 手动钻床压机，(B) 经 TPS 功能化并涂覆 PGMA-b-PVDMA 聚合物的 PDMS 印模，(C) 经等离子清洗的 2×2 cm 硅基底，以及 (D) 双面胶带。

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</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

本文介绍了三种PGMA-b-PVDMA图案化方法，每种方法均有其各自的优势与局限性。聚对二甲苯剥离法是一种适用于微米至纳米级分辨率嵌段共聚物图案化的通用方法，此前已被用作其他图案化系统中的沉积掩模33,34,35。由于聚对二甲苯表面粘附性较弱，在聚合物涂覆后，可通过在溶剂中超声处理轻松去除聚对二甲苯模板，从而暴露背景区域。背景区域始终干净，无残留聚合物。由于聚对二甲苯对多种表面呈惰性36,37，该方法适用于将PGMA-b-PVDMA沉积到具有不同表面化学性质的背景上。影响薄膜均匀性的一个因素是聚对二甲苯模板的厚度。本研究采用了两种不同厚度的聚对二甲苯（1 µm 和 80 nm）（方法A，图4）...

开发能够对化学和生物表面功能进行多功能且精确调控的制备技术，对于多种应用具有重要意义，从环境污染物的捕获到下一代生物传感器、植入物及组织工程器件的开发均受益于此。1,2功能聚合物是通过调控表面性质的优良材料 &#34;嫁接自&#34; 或 &#34;嫁接到&#34; 技术3这些方法可根据单体的化学功能和聚合物的分子量来调控表面反应性。4,5,6基于吖内酯的聚合物在此背景下受到广泛研究，因为吖内酯基团可通过开环反应迅速与多种亲核试剂发生偶联。这些亲核试剂包括伯胺、醇、硫醇和肼基团，从而为表面的进一步功能化提供了多种途径。7,8基于阿唑酮的聚合物薄膜已被用于多种环境和生物应用，包括分析物捕获9,10细胞培养6,11以及防污/抗粘附涂层12在许多生物应用中，对氮杂内酯聚合物薄膜进行纳米至微米尺度的图案化，有助于实现生物分子呈现、细胞相互作用的空间控制，或调节表面相互作用。13,14,15,16,17,18因此，应开发出能够提供高图案均匀性和良好控制的薄膜厚度的制备方法，同时不损害其化学功能。19.
最近，Lokitz 等人开发了一种PGMA-b-PVDMA嵌段共聚物，能够调控表面反应性。PGMA嵌段可与含氧化物的表面偶联，从而在表面形成高密度且可调的吖内酯基团20。&#160;此前报道的用于构建该聚合物图案以形成生物功能界面的方法，采用的是传统的自上而下光刻技术，这些方法制备的聚合物薄膜不均匀，且背景区域残留有光刻胶材料，导致非特异性化学和生物相互作用水平较高21,22,23。此前尝试对背景区域进行钝化处理时，会与吖内酯基团发生交叉反应，从而损害聚合物的反应活性。鉴于这些局限性，我们近期开发了将PGMA-b-PVDMA聚合物制备成刷状（约90 nm）或高度交联（约1–10 μm）薄膜图案的技术，可在完全保持聚合物化学功能的前提下，将其嵌入化学或生物惰性背景中24。这些方法利用了聚对二甲苯剥离（parylene lift-off）、界面导向组装（IDA）以及定制的微接触印刷（μCP）技术。本文以文字和视频形式详细介绍了这些图案化方法的实验步骤，以及每种技术相关的关键薄膜表征、挑战与局限性。

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;材料&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>乙醇，&amp;ge; 99.5%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>459844</td><td>-</td></tr><tr><td>HCl，1.019 N 水溶液</td><td>Fluka Analytical</td><td>318949</td><td>-</td></tr><tr><td>丙酮，&amp;ge; 99.5%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>320110</td><td>-</td></tr><tr><td>苯，&amp;ge; 99.9%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>270709</td><td>-</td></tr><tr><td>异丙醇，ACS 级试剂，&amp;ge;99.5%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>190764</td><td></td></tr><tr><td>正己烷</td><td>Fisher Chemical</td><td>H292-4</td><td>-</td></tr><tr><td>氩气</td><td>Matheson Gas</td><td>G1901175</td><td>-</td></tr><tr><td>四氢呋喃 (THF)，&amp;ge; 99.9%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>401757</td><td>-</td></tr><tr><td>Pluronic F-127</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P2443</td><td>-</td></tr><tr><td>聚二甲基硅氧烷 (PDMS) Slygard 184</td><td>Dow Corning</td><td>4019862</td><td>-</td></tr><tr><td>三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷 (TPS)，97%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>448931</td><td>有毒，需在通风橱中操作</td></tr><tr><td>无水氯仿，&amp;ge; 99%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>372978</td><td>-</td></tr><tr><td>正性光刻胶 AZ1512</td><td>MicroChemicals</td><td>AZ 1512</td><td>琥珀红色液体，密度 1.083 g/cm³，旋涂步骤需在通风橱中进行</td></tr><tr><td>显影液 AZ 300 MIF</td><td>MicroChemicals</td><td>AZ300 MIF</td><td>无色透明液体，略带胺类气味，密度为 1 g/cm³</td></tr><tr><td>1,2-乙烯基-4,4-二甲基恶唑啉酮 (VDMA)</td><td>Isochem North America, LLC</td><td>VDMA</td><td>-</td></tr><tr><td>2-氰基-2-丙基十二烷基三硫代碳酸酯 (CPDT)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>723037</td><td>-</td></tr><tr><td>2,2&amp;prime;-偶氮双(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈) (V-70)</td><td>Wako Specialty Chemicals</td><td>CAS NO. 15545-97-8, EINECS No. 239-593-8</td><td>-</td></tr><tr><td>聚对二甲苯 N (Parylene N)</td><td>Specialty Coating Systems</td><td>15B10004</td><td>-</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;名称&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;公司&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;目录编号&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;备注&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;设备&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>聚对二甲苯镀膜仪</td><td>Specialty Coating Systems</td><td>SCS Labcoater (PDS 2010)</td><td>-</td></tr><tr><td>掩模对准系统</td><td>Neutronix Quintel</td><td>NXQ8000</td><td>-</td></tr><tr><td>氧气等离子体刻蚀仪</td><td>Oxford Instruments</td><td>Plasma Lab System 100</td><td>-</td></tr><tr><td>表面轮廓仪</td><td>Veeco</td><td>Dektak 150</td><td>扫描模式为标准斜坡，扫描时长和作用力分别为 120 秒和 1 mg。</td></tr><tr><td>明场直立显微镜</td><td>Olympus Corporation</td><td>BX51</td><td>-</td></tr><tr><td>氧气等离子体&amp;nbsp;清洗仪</td><td>Harrick Plasma</td><td>PDC-001-HP</td><td>-</td></tr><tr><td>衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪 (ATR-FTIR)</td><td>Perkin Elmer</td><td>ATR-FTIR 100</td><td>-</td></tr><tr><td>原子力显微镜 (AFM)</td><td>PicoPlus</td><td>Picoplus 原子力显微镜</td><td>使用 Veeco MLCT-E 悬臂梁，弹簧常数为 0.5 N/m。扫描速度在 0.25 至 1 Hz 之间变化。</td></tr><tr><td>扫描电子显微镜 (SEM)</td><td>Hitachi Science Systems Ltd., Tokyo, Japan</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>旋转工具工作站</td><td>Dremel</td><td>Model 220-01</td><td>-</td></tr><tr><td>旋涂仪</td><td>Smart Coater</td><td>SC100</td><td>-</td></tr><tr><td>真空烘箱</td><td>Yamato Scientific Co.</td><td>PCD-C6(5)000)</td><td>-</td></tr><tr><td>凝胶渗透色谱 (GPC/SEC)</td><td>Waters Alliance 2695 Separations Module</td><td>720004547EN</td><td>-</td></tr><tr><td>折光指数 (RI) 检测器</td><td>Waters</td><td>Model 2414</td><td>-</td></tr><tr><td>光电二极管阵列检测器</td><td>Waters</td><td>Model 2996, 716001286</td><td>-</td></tr><tr><td>多角度光散射 (MALS) 检测器</td><td>Wyatt Technology</td><td>miniDAWN TREOS II</td><td>-</td></tr><tr><td>粘度计</td><td>Wyatt Technology</td><td>Viscostar</td><td>-</td></tr><tr><td>PLgel 5 &amp;micro;m mixed-C 色谱柱 (300 x 7.5 mm)</td><td>Agilent</td><td>5 &amp;micro;m mixed-C 色谱柱</td><td>-</td></tr><tr><td>椭偏仪</td><td>J. A. Woollam</td><td>alpha-SE</td><td>采用 Cauchy 模型，PGMA 和 PVDMA 层在 632 nm 处的折射率分别为 1.50 和 1.52</td></tr><tr><td>超声波破碎仪</td><td>Fischer Scientific</td><td>FS-110H</td><td>-</td></tr></tbody></table>

利用含唑啉酮功能化嵌段共聚物的刷状与交联薄膜制备反应性表面

Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers

本文介绍了一种利用基于吖内酯的嵌段共聚物——聚甲基丙烯酸缩水甘油酯——制备新型表面的 fabrication 方法。阻断聚（乙烯基二甲基唑啉酮）（PGMA-b-PVDMA) 进行了介绍。由于偶氮内酯基团对胺基、巯基和羟基具有高反应活性，PGMA-b-PVDMA 表面可经由次级分子修饰，以构建适用于多种应用的化学或生物功能化界面。此前关于图案化 PGMA 的报道b-PVDMA 界面采用传统的自上而下图案化技术，会导致薄膜不均匀且背景化学性质难以精确控制。本文介绍了定制的图案化技术，可实现高度均匀的 PGMA 沉积b-PVDMA 薄膜适用于化学惰性或具有生物分子抗粘附特性的基底。重要的是，这些方法旨在沉积 PGMA-b-PVDMA 薄膜，其制备方法可在每个加工步骤中完全保留偶氮内酯官能团的活性。图案化薄膜展现出良好控制的厚度，对应于聚合物刷结构（约 90 nm）或高度交联结构（约 1–10 μm）。聚合物刷图案可通过所述的聚对二甲苯剥离法或界面导向组装法生成，通过调节 PGMA-b-PVDMA 图案密度或 VDMA 嵌段的长度。相比之下，厚的交联 PGMA-b-PVDMA图案通过定制的微接触印刷技术获得，由于具有更高的表面积与体积比，可实现更高负载量或对次级材料的更强捕获能力。文中详细讨论了每种制备方法的具体实验步骤、关键薄膜表征手段以及故障排除指南。

接触角测量可用于评估硅表面经PGMA-b-PVDMA功能化的效果。图1展示了硅基底在不同处理步骤中的接触角。等离子清洗后的硅基底表现出亲水性行为，如图1B所示。聚合物旋涂并退火后的接触角为75° ± 1°（图1C），与Lokitz et al.报道的PVDMA表面数值一致20。
图2展示了在µCP操作的不同步骤中PDMS印章的ATR-FTIR光谱和接触角测量结果。打印后，偶氮内酯羰基在约1818 cm-1处的伸缩振动峰强度降低了34.9%。图2</...

报道了用于在表面图案化沉积叠氮内酯嵌段共聚物纳米级厚度刷状层或微米级厚度交联薄膜的制备方法。讨论了每种方法的关键实验步骤、代表性结果及其局限性。这些方法可用于构建具有定制物理结构和可调表面反应性的功能化界面。

本文介绍了一种利用基于吖内酯的嵌段共聚物——聚甲基丙烯酸缩水甘油酯-嵌段-聚乙烯...制备新型表面的 fabrication 方法。

这些方法采用聚对二甲苯剥离界面定向组装和定制的微接触印刷技术。这些方法旨在实现对图案化聚合物厚度的高度均匀性和精确控制。此外，这些方法还能够在完全保留多功能吖内酯官能团的情况下沉积PGMA嵌段PVDMA薄膜，因为吖内酯基团可在开环加成反应中迅速与亲核试剂偶联。基于吖内酯的聚合物薄膜被广泛应用于多种环境和生物领域，包括分析物捕获、细胞培养以及防污和抗粘附涂层。开始实验前，配制5毫升重量百分比为1%的PGMA-b-PVDMA无水氯仿溶液。随后，开启氧气等离子体清洗仪，将一块尺寸为2厘米×2厘米、表面带有80纳米厚或1纳米厚聚对二甲苯N涂层的硅基底放入腔室中。将腔室抽真空至低于400毫托的真空表压。略微打开计量阀，使空气进入腔室。等待至表压达到800至1000毫托。将等离子清洗机设置为高射频功率（例如 30 瓦），并对基底进行三分钟的等离子处理。处理完成后，关闭真空泵中的射频功率。在完成等离子清洗后的 10 分钟内，将经过等离子处理的基底固定在旋涂仪的卡盘上。将旋涂仪设置为 1,500 RPM 转速，运行 15 秒。随后，在基底上滴加 100 微升 PGMA-b-PVDMA 溶液，并在滴加溶液后一至两秒内开始对基底进行旋涂。将薄膜置于真空烘箱中，在一个大气压的真空条件下、110 摄氏度下退火 18 小时。让样品在室温空气中冷却。最后，将样品在20毫升丙酮或氯仿中进行10分钟的超声处理，以去除聚对二甲苯。在氮气流下干燥基底，然后储存。为开始制备化学或生物惰性的硅基底，按照前述方法对裸硅基底进行三分钟的等离子体清洗。随后，在通风橱中，用移液器将100微升TPS加入培养皿中。在完成等离子体清洗后的五到十分钟内，将经等离子体处理的基底放入盛有TPS的培养皿中，并置于真空干燥器内。将干燥器抽真空至750托（torr）以开始TPS沉积。让TPS在基底上沉积一小时，以获得化学惰性基底。若需制备生物惰性基底，则将硅烷化基底浸入含0.7%（重量/体积）泊洛沙姆407的超纯水溶液中18小时，从而在TPS包被的基底上形成聚乙二醇（PEG）层。随后，在五分钟内用30毫升超纯水冲洗生物惰性基底三次。接下来，用正性光刻胶对化学或生物惰性基底进行图形化，并刻蚀暴露至硅表面的区域。然后将样品在丙酮中进行超声处理10分钟，以去除聚对二甲苯层。在氮气环境下干燥样品。将基底固定在旋涂仪卡盘上，并将旋涂仪设定为1,500 RPM，持续15秒。在基底上施加100微升重量百分比为1%的PGMA-b-PVDMA溶于无水氯仿的溶液，并在施加后1至2秒内开始旋涂。将所得聚合物薄膜置于真空烘箱中，在一个大气压的真空条件下、110摄氏度下退火18小时。用丙酮或氯仿超声处理10分钟，以去除背景区域中物理吸附的聚合物。随后在氮气氛围下干燥样品。开始微接触印刷过程时，先用 TPS 对硅模板进行硅烷化处理以制备微柱阵列。然后，按十比一的比例将 40 至 50 克 PDMS 基体与固化剂混合。采用软光刻技术将 PDMS 块材图案化，形成微柱阵列。从样品块上切割一块 1.5 × 1.5 厘米的印模。清洁并干燥印模，然后使用 TPS 对印模进行硅烷化处理。接着，将双面胶带贴在钻孔机支架的载物台上。然后，配制5毫升浓度为0.25%至1%（质量分数）的PGMA-b-PVDMA在无水氯仿中的溶液。将硅烷化印章浸入该溶液中至少3分钟。立即对一块2厘米×2厘米的裸硅基底进行等离子体处理3分钟。在完成等离子清洗后的五分钟内，将印章从聚合物溶液中取出。然后，将基底和印章移至钻床支架处。将基底和印章放置在载物台的双面胶带上，基底位于下方。将印章与基底以约每平方厘米75克力（即7.35千帕）的压力进行保形接触，持续1分钟。然后，缓慢释放压力，并用手轻轻将印章从硅基底上剥离。剥离后5分钟内，将已印刷的基底置于真空烘箱中，在110摄氏度下退火18小时。最后，将打印的基底在丙酮或氯仿中进行超声处理十分钟，以去除物理吸附的PGMA嵌段PVDMA。用氮气吹干打印的基底，并将其存放在真空干燥器中，直至准备进行表征。聚对二甲苯剥离技术制备出的PGMA嵌段PVDMA刷状结构，对应的聚合物薄膜厚度约为90纳米。退火对该技术至关重要，因为超声和氯仿处理会去除大部分未退火的聚合物。在裸露的硅基底上，80纳米厚的聚对二甲苯掩模比1微米厚的掩模具有更好的薄膜均匀性。在化学或生物惰性基底上进行界面导向组装，可形成90至100纳米厚的结构，且无聚对二甲苯剥离法中观察到的边缘缺陷。通过使用不同浓度的聚合物，微接触印刷可制备出高度交联的聚合物薄膜，厚度约为三至九微米。除使用TPS和氧气等离子体处理基底外，退火对此技术至关重要，因为在超声处理后，未退火的薄膜出现了明显损伤。微接触印刷保留了氮杂内酯基团的功能性，这通过在1818 cm⁻¹处的羰基伸缩振动得以证实。通过改变用于润湿印章的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯-聚乙烯基二甲基硅氧烷（PGMA-b-PVDMA）溶液的浓度，微接触印刷还可实现对薄膜厚度的控制。本文表明，聚对二甲苯剥离工艺是一种可在显微镜分辨率下对嵌段共聚物进行图案化处理的通用方法。影响薄膜均匀性的关键因素是聚对二甲苯掩模的厚度。界面导向组装图案化方法利用聚对二甲苯掩模生成氧化物图案，以引导PGMA嵌段PVDMA聚合物在化学或生物惰性表面上的自组装。本文所介绍的定制化微接触印刷方案，基本可生成更厚的PGMA嵌段PVDMA聚合物，提供更高的表面积与体积比，从而在捕获应用中增强化学或生物分析物的负载能力，在细胞培养应用中改善细胞的黏附性、存活率和增殖能力。本文所描述的方法与结果展示了多种生成PGMA嵌段PVDMA聚合物图案化界面的途径。可根据具体应用采用这些方法制备具有该聚合物刷状或交联结构的表面。

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