Herstellung von reaktiven Oberflächen mit Pinsel-Like und querverbunden Filme von Azlactone funktionalisiert Block-Copolymere

Diese vorgestellten Verfahren verwenden Parylene-Liftoff-Grenzflächen-gerichtete Montage und kundenspezifische Mikrokontaktdrucktechniken. Die Methoden sind so konzipiert, dass sie eine hohe Gleichmäßigkeit und Kontrolle über die Dicke des Musterpolymers bieten. Diese Methoden sind auch darauf ausgelegt, PGMA-Block-PVDMA-Schichten abzuscheiden und gleichzeitig die vielseitige Azlactonfunktionalität vollständig zu erhalten, da Azlactongruppen in Ringöffnungsadditionsreaktionen schnell an Nukleophile koppeln können.

Polymerfolien auf Azlactonbasis werden in vielen verschiedenen ökologischen und biologischen Anwendungen eingesetzt, darunter Analyteinfang, Zellkultivierung sowie Antifouling- und Antiadhäsivbeschichtungen. Zu Beginn des Verfahrens bereiten Sie fünf Milliliter einer Ein-Gewichtsprozent-Lösung von PGMA b PVDMA in wasserfreiem Chloroform vor. Schalten Sie dann einen Sauerstoff-Plasmareiniger ein und legen Sie ein zwei mal zwei Zentimeter großes Siliziumsubstrat, das mit einer 80 Nanometer dicken oder einer ein Nanometer dicken Schicht aus Parylene N strukturiert ist, in die Kammer.

Pumpen Sie die Kammer auf weniger als 400 Milli Torr Vakuummeterdruck ab. Öffnen Sie das Dosierventil leicht und lassen Sie Luft in die Kammer eindringen. Warten Sie, bis der Überdruckpegel 800 bis 1000 Milli Torr erreicht.

Stellen Sie den Plasmareiniger auf eine hohe HF-Leistung wie 30 Watt ein und behandeln Sie das Substrat drei Minuten lang mit Plasma. Schalten Sie die HF-Stromversorgung in der Vakuumpumpe aus, wenn Sie fertig sind. Fixieren Sie das plasmabehandelte Substrat innerhalb von 10 Minuten nach Abschluss der Plasmareinigung auf einem Schleuder-Coaterfutter.

Stellen Sie den Spin Coater so ein, dass er 15 Sekunden lang mit 1.500 U/min läuft. Tragen Sie dann 100 Mikroliter der PGMA-Block-PVDMA-Lösung auf das Substrat auf und beginnen Sie innerhalb von ein bis zwei Sekunden nach dem Auftragen der Lösung mit der Schleuderbeschichtung des Substrats. Glühen Sie die Folie in einem Vakuumofen bei einer Atmosphäre und 110 Grad Celsius für 18 Stunden.

Lassen Sie die Probe an der Umgebungsluft abkühlen. Zum Schluss wird die Probe 10 Minuten lang in 20 Millilitern Aceton oder Chloroform beschallt, um das Parylene zu entfernen. Trocknen Sie das Substrat unter einem Strom von Stickstoffgas, bevor Sie es lagern.

Um mit der Vorbereitung eines chemisch oder biologisch inerten Siliziumsubstrats zu beginnen, wird ein blankes Siliziumsubstrat wie zuvor beschrieben drei Minuten lang mit dem Plasma gereinigt. Pipettieren Sie dann in einem Abzug 100 Mikroliter TPS in eine Petrischale. Legen Sie das plasmabehandelte Substrat innerhalb von fünf bis zehn Minuten nach Beendigung der Plasmareinigung in die Schale von TPS in einen Vakuumexsikkator.

Evakuieren Sie den Exsikkator auf 750 Torr Vakuum, um mit der TPS-Abscheidung zu beginnen. Lassen Sie TPS eine Stunde lang auf dem Substrat ablagern, um ein chemisch inertes Substrat zu erhalten. Wenn Sie ein biologisch inertes Substrat herstellen, weichen Sie das sylonisierte Substrat 18 Stunden lang in einer Lösung von Poloxamer 407 in Reinstwasser ein, um eine PEG-Schicht auf dem TPS-beschichteten Substrat zu erzeugen.

Spülen Sie danach den biologisch inerten Untergrund dreimal innerhalb von fünf Minuten mit 30 Millilitern Reinstwasser ab. Als nächstes strukturieren Sie das chemisch oder biologisch inerte Substrat mit positivem Fotolack und ätzen die belichteten Bereiche auf die Siliziumoberfläche. Dann beschallen Sie die Probe 10 Minuten lang mit Aceton, um die Parylene-Schicht zu entfernen.

Trocknen Sie die Probe unter Stickstoffgas. Fixieren Sie das Substrat auf einem Schleuder-Coater-Futter und stellen Sie den Spin-Coater 15 Sekunden lang auf 1.500 U/min ein. Tragen Sie 100 Mikroliter PGMA-Block-PVDMA in wasserfreiem Chloroform auf das Substrat auf und beginnen Sie innerhalb von ein bis zwei Sekunden nach dem Auftragen mit der Schleuderbeschichtung.

Glühen Sie den resultierenden Polymerfilm in einem Vakuumofen bei einer Atmosphäre Vakuum und 110 Grad Celsius für 18 Stunden. Entfernen Sie die phys-absorbierten Polymere aus den Hintergrundbereichen durch 10-minütige Beschallung in Aceton oder Chloroform. Trocknen Sie die Probe anschließend unter Stickstoffgas.

Um den Mikrokontakt-Druckprozess zu starten, sylonisieren Sie einen Silizium-Master für Mikrosäulen-Arrays mit TPS. Mischen Sie dann 40 bis 50 Gramm PDMS-Base im Härter im Verhältnis zehn zu eins. Verwenden Sie die weiche Lithographie, um eine PDMS-Platte mit Mikrosäulenarrays zu strukturieren.

Schneiden Sie einen Eins-Punkt-Fünf-mal-Eins-Punkt-Fünf-Zentimeter-Stempel aus der Platte aus. Reinigen und trocknen Sie den Stempel und sylonisieren Sie den Stempel mit TPS. Bringen Sie anschließend doppelseitiges Klebeband auf der Bühne eines Bohrmaschinenständers an.

Bereiten Sie dann fünf Milliliter einer Nullkommalösung von zwei bis fünf bis einem Gewichtsprozent PGMA-Block PVDMA in wasserfreiem Chloroform vor. Tauchen Sie den sylonisierten Stempel mindestens drei Minuten lang in diese Lösung. Behandeln Sie sofort ein zwei mal zwei Zentimeter großes blankes Silikonsubstrat drei Minuten lang mit Plasma.

Entfernen Sie innerhalb von fünf Minuten nach Abschluss der Plasmareinigung den Stempel von der Polymerlösung. Bringen Sie dann das Substrat und den Stempel zum Ständer der Bohrmaschine. Platzieren Sie das Substrat und den Stempel auf dem doppelseitigen Klebeband auf dem Tisch mit dem Substrat auf der Unterseite.

Wenden Sie einen konformen Kontakt zwischen dem Stempel und dem Substrat mit einem geschätzten Druck von 75 Gramm Kraft pro Quadratzentimeter oder sieben Komma drei fünf Kilopascal für eine Minute an. Lassen Sie dann vorsichtig den Druck ab und trennen Sie den Stempel vorsichtig von Hand vom Silikonsubstrat. Innerhalb von fünf Minuten nach der Trennung glühen Sie das bedruckte Substrat 18 Stunden lang im Vakuumschrank bei 110 Grad Celsius.

Zum Schluss beschallen Sie das gedruckte Substrat zehn Minuten lang in Aceton oder Chloroform, um den von Phys absorbierten PGMA-Block-PVDMA zu entfernen. Trocknen Sie das bedruckte Substrat mit Stickstoffgas und lagern Sie es im Vakuumexsikkator, bis es für die Charakterisierung bereit ist. Die Parylene-Liftoff-Technik erzeugte Bürstenstrukturen aus PGMA-Block-PVDMA, die einer Polymerschichtdicke von etwa 90 Nanometern entsprechen.

Das Glühen war für die Technik von entscheidender Bedeutung, da durch Beschallung und Chloroform der größte Teil des nicht geglühten Polymers entfernt wurde. 80 Nanometer dicke Parylene-Schablonen zeigten eine größere Filmgleichmäßigkeit als ein Mikrometer dicke Schablonen auf blanken Silikonsubstraten. Die grenzflächengerichtete Montage auf chemisch oder biologisch inerten Substraten erzeugte 90 bis 100 Nanometer dicke Strukturen ohne die bei der Parylene-Liftoff-Methode beobachteten Kantendefekte.

Mikrokontaktdruck wurden hochvernetzte Polymerfilme mit einer Dicke von etwa drei bis neun Mikrometern hergestellt, indem unterschiedliche Konzentrationen des Polymers verwendet wurden. Neben der Behandlung des Substrats mit TPS und Sauerstoffplasma war das Glühen für diese Technik unerlässlich, da nach der Beschallung erhebliche Schäden an nicht geglühten Schichten beobachtet wurden. Die Azlactonfunktionalität wurde durch Mikrokontaktdruck erhalten, wie die Carbonyldehnungsschwingung bei 1818 reziproken Zentimetern zeigt.

Der Mikrokontaktdruck ermöglichte auch die Kontrolle der Schichtdicke, indem die Konzentration der PGMA-Block-PVDMA-Lösung, die zur Färbung des Stempels verwendet wurde, variiert wurde. Hier haben wir gezeigt, dass das Parylene-Liftoff-Verfahren eine vielseitige Methode zur Strukturierung von Blocklochpolymeren mit mikroskopischer Auflösung ist. Der entscheidende Faktor, der die Gleichmäßigkeit der Folie beeinflusste, war die Dicke der Parylene-Schablone.

Bei der grenzflächengerichteten Assemblierungsstrukturierung werden Parylene-Schablonen verwendet, um Oxidmuster zu erzeugen, die die Selbstorganisation von PGMA-Block-PVDMA-Polymeren auf Oberflächen steuern, die chemisch oder biologisch inert sind. Das hier vorgestellte kundenspezifische Mikrokontakt-Druckprotokoll erzeugt im Grunde ein dickeres PGMA-Block-PVDMA-Polymer, das ein besseres Oberflächen-Volumen-Verhältnis bietet, das die Beladung chemischer oder biologischer Analyten in der Capture-Anwendung erhöhen und die Zelladhäsion, Lebensfähigkeit und Proliferation in Zellkulturanwendungen verbessern kann. Die hier vorgestellten Methoden und Ergebnisse beschreiben mehrere Ansätze zur Generierung von Mustergrenzflächen mit PGMA-Block-PVDMA-Polymer.

Die Verfahren können je nach Anwendung eingesetzt werden, um Oberflächen mit Bürsten- oder vernetzter Struktur dieses Polymers zu erzeugen.