Soft-Lithographie Funktionalisierung und Strukturierung Oxydfreie Silizium und Germanium

Hier beschreiben wir eine einfache Methode zur Strukturierung oxidfreie Silizium und Germanium mit reaktiven organischen Monoschichten und demonstrieren Funktionalisierung der strukturierten Substraten mit kleinen Molekülen und Proteinen. Der Ansatz vollständig schützt Oberflächen durch chemische Oxidation, ermöglicht eine präzise Kontrolle über Funktion Morphologie und bietet leichten Zugang zu chemisch diskriminiert Muster.

Dieses Protokoll zeigt, wie oxidfreies Silizium in Germanium mit reaktiven organischen Monoschichten unter Verwendung eines hocheffizienten und operationell einfachen Druckprotokolls strukturiert werden kann. Die selektive Funktionalisierung der Mustersubstrate sowohl mit kleinen Molekülen als auch mit Proteinen wird ebenfalls demonstriert. Der erste Schritt des Protokolls besteht darin, kovalente Modifikation von Silizium- oder Germaniumsubstraten mit einer hochstabilen primären organischen Monoschicht durchzuführen.

Dies schützt die darunterliegende anorganische organische Grenzfläche vor reaktivem Abbau und oxidativer Schädigung. Die kovalent in Hydroxysmidester gebundene Überschicht wird gebildet, um latente hydrolytische und reaktive Funktionalitäten bereitzustellen. In einem zweiten Schritt werden die einheitlichen zweischichtigen NHS-modifizierten Substrate durch katalytischen Mikrokontaktdruck unter Verwendung eines Musters aus sulsäuremodifiziertem elastomerem Stempelkontakt mit dem Stempel hydrolysiert, wodurch Muster von chemisch unterschiedlichen NHS-aktivierten und freien Carbonsäuren gebildet werden. Anschließend werden die Mustersubstrate mit kleinen organischen Molekülen und Proteinen funktionalisiert.

Dieser Schritt wird abgeschlossen, indem zunächst NI Trello repariert wird. Triessigsäure terminierte heterofunktionelle Linker zu den NHS-funktionalisierten Regionen und zweitens durch selektive Bindung von Hexahistamin-markiertem grün fluoreszierendem Protein. Der Ansatz liefert hervorragende Ergebnisse mit Mustern unterschiedlicher Fluoreszenzintensität, die in einem Integritätsmuster, das nach mehreren Oberflächenmodifikationen bemerkenswert stabil ist, recht klar sind.

Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden ist also die Genauigkeit. Das Muster wird wirklich durch die Genauigkeit des Stempels selbst und nicht durch die Diffusion gesteuert. Das Projekt wurde ursprünglich aus der Idee heraus initiiert, dass Strukturierungstechniken, die auf katalytischer Reaktion im Gegensatz zur einfachen Abscheidung beruhen, zahlreiche Vorteile haben müssen.

Zum einen werden die Katalysatoren bei der Reaktion nicht verbraucht und können mehrfach wiederverwendet werden. Im Gegensatz zum herkömmlichen Drucken oder Abscheiden, bei dem Sie ständig neue Strukturierungsmaterialien bereitstellen müssen. In unserer frühen Arbeit haben wir tatsächlich ein Katalysatormolekül an eine A-FM-Spitze gebunden und dann haben wir es in einem seriellen Prozess wie bei einer Werkzeugmaschine entlang der Oberfläche zum Muster gebracht.

Doch der Elastomerstempel war eine logische Erweiterung für parallele Fertigungsanwendungen. Einer der wichtigsten Aspekte des Protokolls ist die Verwendung des zweischichtigen molekularen Systems. Das System ermöglicht es uns, oxidfreie und organische Substrate sowohl zu essen als auch zu funktionalisieren.

Im Idealfall sollte das anfängliche primäre Sam eine vollständige Terminierung aller oberflächenexponierten Atome erreichen und ein dicht gepacktes molekulares System bilden, das die Oberfläche sowohl vor Oxidation als auch vor Degradation schützen kann. Die sekundäre Deckschicht sollte terminale funktionelle Gruppen enthalten, die durch zusätzliche chemische Umwandlungen weiter modifiziert werden können. Die wesentliche Einschränkung der Auflösung des herkömmlichen Mikrokontaktdrucks ist die Diffusion des Musters und der Moleküle.

Unsere Methoden lizenzieren eine chemische Reaktion zwischen einem Katalysator, der derzeit auf einem Stamm mobilisiert ist, und einem Substrat, das an Silizium oder Germanium gebunden ist. Aufgrund dieser Eigenschaften bietet unsere Technik Experimente zur Replikation von sehr kleinen 100 Nanometern mehr Funktionen. Oder weil die Methode chemische Muster erzeugt, ist es möglich, diese durch spezifische Reaktionen mit verschiedenen biologischen und organischen Molekülen zu funktionalisieren.

Dieses Verfahren erfordert die Verwendung mehrerer gefährlicher Chemikalien wie Flusssäure, Nanochip-Lösung und Phosphorpentachlorid. Bei der Arbeit mit diesen Reagenzien ist es wichtig, die richtige Schutzkleidung zu tragen und in einer gut belüfteten Umgebung zu arbeiten. Der schwierigste Teil dieses Protokolls besteht darin, die chlorierten Oberflächen schnell in die Greenard-Lösung zu bringen.

Um eine Neubildung der Oxidschicht zu vermeiden, beginnen Sie mit der Vorbereitung eines 11-Wafers aus Silikon. Schneiden Sie es in einen Zentimeter große Substrate, bestäuben Sie die Substrate und spülen Sie sie mit Wasser und gefiltertem Ethanol ab. Entfernen Sie anschließend alle organischen Verunreinigungen, indem Sie die Siliziumsubstrate in eine Glasschale mit Nanon tauchen.

Streifenlösung auf 75 Grad Celsius erhitzt. Warten Sie 15 Minuten, dann spülen Sie es aus. Reinigen Sie jedes Substrat mit entionisiertem, gefiltertem Wasser.

Geben Sie jedem Substrat ein fünfminütiges Bad in einer 5%igen HF-Lösung, um die native Oxidschicht zu entfernen, und trocknen Sie dann das oxidfreie Silizium mit Stickstoff. Um ein chloriertes Substrat herzustellen, tauchen Sie jedes oxidfreie Siliziumstück sofort in ein Szintillationsfläschchen, das zwei Milliliter gesättigtes Phosphor-Pentachlorid in Chlorbenzol enthält. Nachdem die Reaktion abgeschlossen ist.

Lassen Sie die Fläschchen bei Raumtemperatur abkühlen. Spülen Sie jede Oberfläche mit Chlorbenzol ab und trocknen Sie sie unter gefiltertem Stickstoff. Legen Sie anschließend jede chlorierte Siliziumoberfläche in ein Druckfläschchen mit vier Millilitern Propanol-Magnesiumchlorid.

Inkubieren Sie die Druckfläschchen 24 Stunden lang bei 130 Grad Celsius. Sobald die Druckfläschchen auf Raumtemperatur abgekühlt sind, spülen Sie jede Oberfläche schnell mit Dichlormethan und Ethanol ab und trocknen Sie sie unter gefiltertem Stickstoff, wie bei der Zubereitung von Silikonsubstrat. Schneiden Sie einen Germaniumwafer in einen Zentimeter große Quadrate und bestäuben Sie ihn und spülen Sie ihn mit Wasser und gefiltertem Ethanol mit Germanium ab.

Entfernen Sie organische Verunreinigungen, indem Sie die Substrate 20 Minuten lang in eine Schale mit Aceton tauchen. Tauchen Sie sie dann 15 Minuten lang in eine 10%ige HCL-Lösung. Trocknen Sie die Substrate mit Stickstoff und legen Sie jede chlorierte Oberfläche in ein Druckfläschchen mit vier Millilitern oktalem Magnesiumchlorid

Inkubieren Sie die Fläschchen 48 Stunden lang bei 130 Grad Celsius. Lassen Sie die Fläschchen nach der Inkubation auf Raumtemperatur abkühlen und spülen Sie jeden Wafer schnell mit Dichlormethan und Ethanol ab. Trocknen Sie die Wafer unter gefiltertem Stickstoff.

Beginnen Sie damit, ein paar Tropfen NHS Diaz Solution auf den Methylterminierten zu pipettieren. Lassen Sie die Lösung auf der gesamten Oberfläche verteilen. Legen Sie die Oberflächen für 30 Minuten unter eine UV-Lampe.

Geben Sie dann weitere Tropfen NHS Diaz auf die Oberfläche und lassen Sie die Reaktion ablaufen. Für weitere 30 Minuten. Spülen Sie die NHS-modifizierten Oberflächen mit Dichlormethan und Ethanol und trocknen Sie sie unter gefiltertem Stickstoff.

Fahren Sie dann mit der Funktionalisierung der kleinen Moleküle fort. Analysieren Sie abschließend die Oberflächen mit XPS, um die elementare Zusammensetzung zu bestimmen. Beginnen Sie mit der Vorbereitung des Stempels, indem Sie Natriumtumor-Captolethansulfonat in 10 Milliliter vier normale HCL-Lösung in Dioxan mischen.

Rühren Sie die Lösung bei Raumtemperatur zwei Minuten lang von der Lösung auf. Filtern Sie das Natriumchlorid durch einen Feinglasfilter und dann durch einen 0,2-Mikron-PTFE-Membranspritzenfilter. Nehmen Sie nun die klare Lösung der Tumor-Capto-Ethan-phonsäure in Dioxan und verdampfen Sie das Dioxan unter reduziertem Druck ab.

Die resultierende Sulsäure wird mit zwei Millilitern Polyurethanacrylat, einer präpolymeren Mischung, bei Raumtemperatur und dann unter Vakuum bei 50 Grad Celsius umgesetzt. Achten Sie darauf, die Mischung vollständig von eingeschlossenem Ackerland zu befreien, um die erfolgreiche Polymerisation der präpolymeren Mischung zu gewährleisten. Es ist wichtig, niemals bei der Reaktion mit mir zu hitzigen.

CAPTA atten phonische Säure, und wenn die Sauerstoffanreicherung auf das Vakuum, Während die Lösung viskos ist, gießen Sie es auf das Muster Silikon-Master und bedecken Sie es mit einem flachen Glasobjektträger, der in Paraform eingewickelt ist. Härten Sie dann die Form aus, indem Sie sie UV-Licht aussetzen. Entfernen Sie nach der Polymerisation den Objektträger und die Para-Folie und ziehen Sie den Stempel vorsichtig vom Master ab, schneiden Sie den Stempel auf die entsprechende Größe zu und waschen Sie ihn mit Ethanol und Wasser.

Trocknen Sie es dann mit gefiltertem Stickstoff. Im Folgenden finden Sie den wichtigsten Schritt zum Protokoll. Platzieren Sie den Stempel auf dem NHS-modifizierten Substrat, ohne dass eine externe Belastung erforderlich ist, die sie zusammenhält.

Versenden Sie den Stempel nicht und üben Sie nicht zu viel Druck aus. Warten Sie eine Minute, spülen Sie dann das Substrat ab und stempeln Sie es mit Ethanolwasser und dann erneut mit Ethanol, gefolgt von der Trocknung unter gefiltertem Stickstoff. Lagern Sie die Stempel bei Raumtemperatur, um das hergestellte Muster zu analysieren.

Verwenden Sie die laterale Rasterkraftmikroskopie im Kontaktmodus und die Rasterelektronenmikroskopie. In diesem Schritt mobilisieren wir GFP auf der Silikonoberfläche des Musters. Wir beginnen zunächst damit, den aktivierten Ester mit einem NTA-Derivat zu modifizieren, und immobilisieren dann das HIIN-Tag-Protein durch Nickelchelatbildung an der Oberfläche.

In diesem Schritt ist es wichtig, ein Biomolekül von Interesse auf der richtigen Temperatur zu halten, um einen unerwünschten Abbau zu vermeiden. Um Proteine an das NHS-Muster zu binden, an ein bifunktionelles Substrat, tauchen Sie es in eine Lösung aus Lysin, nnn-Diaathetinsäure und Triethylamin. Spülen Sie die Untergründe nach einer Stunde mit Wasser und anschließend mit Ethanol ab.

Inkubieren Sie nun die Substrate fünf Minuten lang in einer Chelatlösung aus Nickelsulfat. Spülen Sie anschließend die Substrate mit Wasser und Bindepuffer ab und tauchen Sie sie anschließend in ein Bad mit eiskalter GFP-Lösung. Eine Stunde später spülen Sie die Substrate mit dem gleichen Bindungspuffer aus, gefolgt von einer Spülung in PBS.

Lagern Sie die Substrate dann vor der Analyse in PBS bei null Grad Celsius. Analysieren Sie schließlich die Oberflächen durch Fluoreszenzmikroskopie, um GFP-modifizierte Bereiche sichtbar zu machen. Die lithographische Weich-B-Nanostrukturierung wurde verwendet, um chemoselektive Muster auf oxidfreiem Silizium zu erzeugen, und auf Germanium führt die Reaktion zwischen dem NHS-funktionalisierten Substrat im katalytischen Musterstempel zur Hydrolyse von NHS-Einheiten in Bereichen mit Bestätigungskontakt, wodurch ein Muster durch funktionelle substrattragende Bereiche von NHS-aktivierter und freier Carbonsäure entsteht.

Aufgrund der diffusionsfreien Natur des Verfahrens liegt die Auflösung nahe an der der Photolithographie, wie sie bei 125-Nanometer-Merkmalen zu sehen ist. Diese Merkmale wurden gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Siliziumsubstrats reproduziert. Die Abmessungen der gedruckten Merkmale waren identisch mit denen des entsprechenden Silizium-Masters und des katalytischen Stempels.

Bemerkenswert ist, dass der katalytische Stempel mehrfach wiederverwendet werden kann, ohne an Effizienz zu verlieren. Die chemoselektive Funktionalisierung von Strukturhalbleitern wurde durch Ausnutzung der differentiellen Reaktivitäten von aktivierten und freien Carbonsäuren erreicht. Zuerst wurden Niello-Trizasäure-terminierte hetero-bifunktionale Linker an die NHS-funktionalisierten Regionen angehängt und dann auf der resultierenden NHS-Musteroberfläche als Template für die selektive Anheftung des Hexahistamin-Tags G-F-P-N-H-S-Muster verwendet.

Silizium wurde chemofunktionalisiert mit Proteinmolekülen. Bei diesem Ansatz unter Fluoreszenzmikroskopie zeigte sich ein deutlicher Intensitätsunterschied zwischen GFP-modifizierten und hydrolysierten freien Carbonsäureregionen. Die Größe und Form der replizierten Merkmale sind sowohl zwischen NHS-gemusterten als auch zwischen GFP-modifizierten Oberflächen konsistent, was die bemerkenswerte Stabilität von kohlenstoffpassivierten Oberflächen und die Selektivität des Stanzansatzes bestätigt.

Das vorgestellte Protokoll ist eine Form des Tintendrucks, weniger Mikrokontaktdruck, die universell auf jedes Substrat aufgebracht werden kann, das in der Lage ist, einfache, gut geordnete Monoschichten zu unterstützen. Denn der Prozess beruht nicht auf der Farbübertragung vom Stempel auf die Oberfläche. Die Begrenzung der diffusiven Auflösung durch den herkömmlichen und reaktiven Mikrokontaktdruck entfällt.

Ermöglicht die routinemäßige Herstellung von nanoskaligen Objekten. Der Einbau eines primären, hochgeordneten molekularen Systems bietet einen vollständigen Schutz des zugrunde liegenden Halbleiters vor Oxidationsschäden. Die Bildung von CHE-selektiven Patenten bietet speziell aufgelöste Anknüpfungspunkte für eine Vielzahl biologischer und organischer Moleküle.

Durch die Verwendung unterschiedlicher Aktivitäten von freien und aktivierten Carc-Fällen konnten wir histo intakte Proteine auf den erstellten Mustern mobilisieren. Diese Methode ist jedoch nicht auf histo intakte Proteine beschränkt, sondern kann auch zur Immobilisierung anderer Biomoleküle wie DNA und Antikörper verwendet werden. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie passiviertes Silizium oder Germanium mit einem molekularen System und einem katalytischen Muster modifiziert werden kann.

Der NHS modifizierte Substrate. Wenn Sie dieses Verfahren versuchen, ist es wichtig, daran zu denken, in einer sauberen, staubfreien Umgebung zu arbeiten. Es ist auch wichtig, die notwendigen Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, wenn mit gefährlichen Materialien wie HF und Nanos gearbeitet wird. Ripp.