Waiting
Traitement de la connexion…

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Fabriceren van reactieve oppervlakken met borstel-achtige en kruisverwijzende Films van Azlactone-matiemaatschappij blok co-polymeren

Published: June 30, 2018 doi: 10.3791/57562
Automatic Translation
1, 1, 2, 1
1Chemical Engineering Department, Kansas State University, 2Center for Nanophase Materials Sciences, Oak Ridge National Laboratory

Summary

Oppervlakte fabricage methoden voor patroon afzetting van nanometer dik borstels of micron dik, kruisverwijzende films van een azlactone blok co-polymeer worden gemeld. Kritische experimentele stappen, representatieve resultaten en beperkingen van elke methode worden besproken. Deze methoden zijn handig voor het creëren van functionele interfaces met op maat gemaakte fysieke kenmerken en afstembare oppervlakte reactiviteit.

Abstract

In deze paper, fabricage methoden die het genereren van nieuwe oppervlakken met behulp van de azlactone gebaseerde blok co-polymeer, poly (glycidyl methacrylaat) -blok- poly (vinyl dimethyl azlactone) (PGMA -b- PVDMA), worden gepresenteerd. Als gevolg van de hoge reactiviteit van azlactone groepen richting amine, thiol en hydroxylgroepen, kunnen PGMA -b- PVDMA oppervlakken worden gewijzigd met secundaire moleculen maken chemisch of biologisch matiemaatschappij interfaces voor allerlei toepassingen. Eerdere verslagen voor patroon PGMA -b- PVDMA interfaces hebt gebruikt traditionele patronen van de top-down technieken die niet-uniforme films en slecht gecontroleerde achtergrond oplossingen genereren. Hier beschrijven we aangepaste patronen technieken waarmee nauwkeurige afzetting van zeer uniforme PGMA -b- PVDMA films in achtergronden die chemisch inert of die Biomolecuul repellent eigenschappen hebben. Nog belangrijker is, zijn deze methoden ontworpen om storting PGMA -b- PVDMA films op een wijze die volledig azlactone functionaliteit door elke stap van de verwerking behoudt. Gedessineerde films tonen goed gecontroleerde diktes die met polymeer borstels corresponderen (~ 90 nm) of zeer kruisverwijzende structuren (~ 1-10 μm). Penseelpatronen worden gegenereerd met behulp van hetzij de parylene lift-off of interface regie assemblage methoden beschreven en nuttig voor precieze modulatie van de totale chemische reactiviteit van de oppervlakte van beide de PGMA -b- PVDMA patroon dichtheid aan te passen of de lengte van de VDMA blok. In tegenstelling, de dikke, kruisverwijzende PGMA -b- PVDMA patronen zijn verkregen met behulp van een aangepaste micro-contact-Druktechniek en bieden het voordeel van hogere laden of inname van secundair materiaal als gevolg van de hogere oppervlakte tot volume verhoudingen. Gedetailleerde experimentele stappen, kritische film karakterisaties, en oplossen van problemen gidsen voor elke productie-methode worden besproken.

Introduction

Ontwikkeling van fabricage technieken waarmee voor veelzijdige en nauwkeurige bediening van chemische en biologische oppervlakte functionaliteit is het wenselijk dat een scala aan toepassingen, van de vangst van milieucontaminanten tot ontwikkeling van de volgende generatie biosensoren, implantaten en weefsel engineering apparaten1,2. Functionele polymeren zijn uitstekende materialen voor het afstemmen van de oppervlakte-eigenschappen via "van enting" of "enten te" technieken3. Deze benaderingen zorgen voor controle van de oppervlakte reactiviteit op basis van de chemische functionaliteit van het monomeer en molecuulgewicht van het polymeer4,5,6. Azlactone gebaseerde polymeren zijn intens bestudeerd in dit verband, zoals azlactone groepen snel koppel met verschillende nucleofiel in ring-opening reacties. Het gaat hierbij om primaire amines, hydrazine groepen, waardoor een veelzijdige route voor verdere oppervlakte functionalization7,8, alcoholen en thiolen. Azlactone gebaseerde polymeerlagen hebben gewerkt in verschillende milieu en biologische toepassingen met inbegrip van de analyt vangen9,10,6,11van de cultuur van de cel en anti-fouling / anti-lijm coatings12. In veel biologische toepassingen is patronen azlactone polymeerlagen op nano naar micrometer lengte schalen wenselijk ter vergemakkelijking van de ruimtelijke besturing van Biomolecuul presentatie, cellulaire interacties, of te moduleren oppervlakte interacties13, 14,,15,16,17,18. Daarom moeten fabricage methoden worden ontwikkeld om het bieden van hoge patroon uniformiteit en goed gecontroleerde laagdikte, zonder chemische functionaliteit19.

Onlangs, Lokitz et al. ontwikkeld een PGMA -b- PVDMA blokcopolymeer die kon manipuleren van oppervlakte reactiviteit. PGMA blokken paar op oxide-bevattende oppervlakken, opbrengst van hoge en afstembare oppervlakte dichtheden van azlactone20groepen. Eerder gerapporteerde methoden voor de elementen van dit polymeer voor oprichting van biofunctionele interfaces gebruikt traditionele topdown fotolithografie benaderingen die niet-uniforme polymeerlagen gegenereerd met achtergrond gebieden besmet met resterende Fotoresist materiaal, waardoor hoge niveaus van niet-specifieke chemische en biologische interacties21,22,23. Hier, veroorzaakt pogingen om passivate achtergrond regio's kruisreactie met azlactone groepen, polymeer reactiviteit in gevaar te brengen. Gezien deze beperkingen, wij onlangs ontwikkelde technieken voor borstel patronen (~ 90 nm) of zeer kruisverwijzende (~ 1-10 μm) films van PGMA -b- PVDMA in biologisch of chemisch inert achtergronden op een wijze die volledig de chemische behoudt functionaliteit van de polymeer-24. Deze methoden gepresenteerd gebruiken parylene lanceerraket, interface geleide vergadering (IDA) en druktechnieken (μCP) voor aangepaste microcontact. Zeer gedetailleerde experimentele methoden voor deze patronen benaderingen, evenals de kritische film karakterisaties en de uitdagingen en de beperkingen die zijn gekoppeld aan elke techniek worden hier voorgesteld in schriftelijke en video formaat.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. PGMA -b- PVDMA synthese20

  1. Synthese van de agent van de postoverdracht PGMA macro-keten (Macro-CTA)
    1. Gebruik een 250 mL ronde bodem reactie flask uitgerust met een magnetische roer polytetrafluorethyleen beklede bar.
    2. 14.2 g glycidyl methacrylaat GMA combineren (142.18 g/mol) met 490.8 mg 2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonate (CPDT) (346.63 g/mol), en 87,7 mg 2, 2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethyl valeronitrile) (V-70) (308.43 g/mol) (molaire verhouding van CPDT: V-70 = 5:1), en benzeen (100 mL) in lucht gratis ronde onderkant kolf.
    3. Ontgas het reactiemengsel met behulp van argon en roer gedurende 30 min. Vervolgens zet de oplossing in een temperatuurgevoelig oliebad bij 30 ° C en gedurende 18 uur reageren.
      Opmerking: De gerichte moleculair gewicht voor de Macro-CTA is 10.000 g/mol. 18 uur was vastgesteld dat de tijd die nodig is te bereiken van redelijke conversie. De kleur van de polymeeroplossing transparant is lichtgeel.
    4. Beëindigen na 18 h, de reactie door de kolf met ronde bodem in vloeistof N2inlaten.
    5. Het polymeer neerslag door het gieten van de licht-geel-oplossing van polymeer/benzeen (~ 100 mL) in 400 mL hexaan.
    6. Roer het mengsel voor 5 min. neerslag zal worden verrekend op de bodem van het bekerglas en filtratie is hersteld.
    7. Droog het neerslag 's nachts onder vacuüm. Verdun het dan in 400 mL zuiver tetrahydrofuraan (THF). Opnieuw neerslag in hexaan.
    8. Deze nieuwe neerslag weer met argon's nachts droog.
      Opmerking: Macro-CTA is een fijn geel poeder. Het rendement van het product van de reactie zal worden ~ 43,8%. De Mn van het PGMA Macro-CTA is 7,990 g/mol met een polydispersiteit (PDI) van 1.506 (MW = 12,030 g/mol).
  2. Synthese van PGMA -b- PVDMA
    1. Fractioneel destilleren de VDMA onder verlaagde druk, en behouden van het middelste gedeelte (~ 70%) voor gebruik.
      Opmerking: Dit is nodig om te verwijderen van de polymerisatie-remmer. Het destillatietoestel is gekoppeld aan een Schlenk-lijn en de lucht seal klep is gedeeltelijk opengesteld voor de vacuüm lijn. Minimale hitte wordt toegepast met behulp van een varistat en de verwarming mantel, totdat het monomeer VDMA distilleren begint met een snelheid van 1 druppel per seconde.
    2. Het 2-Vinyl-4,4-dimethyl azlactone (VDMA) (139.15 g/mol) monomeer (10.436 g) combineren met de PGMA-macroCTA (1.669 g), V-70 (14,5 mg; molaire verhouding van PGMA-macroCTA: V-70 = 3:1) en benzeen (75,0 mL) in een single-nek 250 mL ronde bodem reactie flask uitgerust met een Magnetische roer teflon beklede bar.
      Opmerking: moleculair gewicht informatie, PVDMA: 139.15 g/mol, PGMA-macroCTA: 12,030 g/mol, benzeen: 78.11 g/mol.
    3. Ontgas het mengsel met hoge zuiverheid argon en roer gedurende 30 minuten, en dan gezet in oliebad bij 32 ° C gedurende 18 h.
    4. Beëindigen van de reactie door de kolf met ronde bodem in vloeistof N2inlaten.
    5. Het polymeer neerslag driemaal in hexaan en drogen bij kamertemperatuur onder vacuüm.
    6. Karakteriseren van het moleculaire gewicht en de PDI van het product met behulp van chromatografie (S) van de uitsluiting van de grootte (Zie de Tabel van materialen) volgens de procedure van Lokitz et al. 20. De grootte uitsluiting chromatograaf (S) is uitgerust met drie PLgel 5 µm gemengd-C kolommen (300 x 7,5 mm) in de serie, een brekingsindex detector (golflengte = 880 nm), een fotodiode array detector, multi hoek lichtverstrooiing (MALS) detector (golflengte = 660 nm), en een Viscometer (Zie de Tabel van de materialen).
      Opmerking: Alle experimenten uitgevoerd in dit manuscript gebruikt product met PGMA en PVDMA blok lengtes van 56 en 175, respectievelijk. Het molecuulgewicht van de blokcopolymeer was 37,620 g/mol en de PDI was 1.16.

2. productie van Parylene Stencil patronen Over silicium substraten

  1. Parylene coating
    1. Bewerk ultrasone trillingen ten silicium wafers in 50% pm aceton in water gedurende 5 minuten, gevolgd door ultrasoonapparaat in 50% pm isopropanol (IPA) in water gedurende 5 minuten.
    2. Spoel van silicium wafers met gedeïoniseerd water (DI) en blaas droog met stikstofgas.
    3. Storten van 80 nm en 1 µm dik parylene N 4-inch silicium (wafers) met behulp van een parylene coater (Zie de Tabel van de materialen).
      Opmerking: Karakteriseren de dikte van parylene films met behulp van een oppervlakte profilometer (Zie de Tabel van de materialen).
      1. Kalibreren parylene laagdikte met parylene dimeer massa voor elke individuele parylene coatingsysteem.
        Opmerking: In het huidige systeem, ~ 80 mg en ~ 1000 mg parylene N dimeer moest verkrijgen 80 nm en 1 µm laagdikte, respectievelijk (gebaseerd op de ijkcurve die is verkregen).
      2. Gebruik de volgende instellingen tijdens de werking van de parylene coater: druk: 80 mTorr, duur: 1 h, oven temperatuur: 690 ° C, vaporisator temperatuur: 160 ° C.
  2. Fotolithografie
    1. Bakken van wafels in een oven bij 100 ° C gedurende 20 minuten; dan laat het zitten voor een andere 3 minuten bij kamertemperatuur in bladen, hosties.
      Opmerking: Extra wachttijd verbetert de hechting van de fotoresist.
    2. Voeg toe 2 mL positieve fotoresist (Zie de Tabel van materialen) en afzien in het midden van de wafer parylene coating. Spin jas de wafels bij 3000 t/min voor 30 s.
      Opmerking: Spin coating moet gebeuren onder de motorkap.
    3. 1 min, bak wafer op een hete plaat bij 105 ° C gedurende 1 minuut wachten.
    4. Photomask laden in een masker uitlijning systeem (Zie de Tabel van de materialen). Bloot in bladen, hosties aan UV-licht (λ = 325 nm) voor 10 s met een dosering van 65 mJ/cm2.
    5. Laat het zitten voor een andere 5 minuten bij kamertemperatuur wafeltjes.
    6. Wafeltjes ontwikkelen door dompelen in ontwikkelaar (Zie de Tabel van materialen) oplossing voor 2 min. de wafeltjes met gedeïoniseerd water spoelen, en vervolgens droog met N2. Doe dit onder de motorkap.
      Opmerking: Na het ontwikkelen, fotoresist verschijnt volledig verwijderd uit gebieden blootgesteld aan UV. Gebruik een optische Microscoop (Zie de Tabel van materialen) om te controleren of de wafeltjes.
  3. Reactive ion etching
    1. Gebruik een hulpprogramma van reactive ion etching (RIE) (Zie de Tabel van materialen) aan etch ontwikkelde wafels met zuurstof plasma.
    2. Een debiet van de zuurstof van 50 cm3/min bij een druk van de kamer van 20 mTorr van toepassing.
    3. Voor een parylene laagdikte van 1 µm, gebruik RF vermogen van 50 W en inductief gekoppeld plasma (ICP) vermogen van 500 W voor 100 s moest blootgestelde parylene verwijderen patroon gebieden. Dit kwam overeen met een parylene etch snelheid van 1.0-1.15 µm/min.
    4. Voor een parylene dikte van 80 nm, gebruik RF vermogen van 50 W en ICP vermogen van 200 W voor 55 s blootgestelde parylene uit gedessineerde gebieden verwijderen. Dit komt overeen met een parylene etch snelheid van 570-620 nm/min.
      Opmerking: Voor efficiënte parylene verwijderen, bepalen de parylene etch tarief voor elk systeem van de RIE.
    5. Inspecteer geëtste substraten met een optische Microscoop. Het oppervlak van de silicon verschijnt glanzende nadat de parylene is volledig verwijderd uit de blootgestelde gebieden.
    6. Controleer of etch diepte met behulp van een oppervlakte profilometer (Zie de Tabel van de materialen).

3. Parylene Lift-off Procedure

  1. Voorbereiding van Polymeeroplossingen
    1. Ontbinden PGMA -b- PVDMA in chloroform (1% wt.). Chloroform moet watervrij te voorkomen de hydrolyse van azlactone groepen.
      Opmerking: Chloroform is de voorkeur oplosmiddel, omdat er een hoge mate van oplosbaarheid voor het polymeer, waardoor meer uniform oppervlak afzetting van één polymeerketens ten opzichte van andere organische oplosmiddelen25.
  2. Schoonmaak parylene stencils met de plasma reiniger
    1. Zet het plasma reiniger (Zie de Tabel van materialen) stopcontact en zet de substraten parylene coating in het plasma reiniger kamer.
    2. Zet de vacuümpomp en evacueren van de lucht in de kamer totdat de manometer minder dan 400 mTorr is.
    3. Licht de meting klep open en laat de lucht in te voeren aan de schonere plasma tot de drukmeter 800-1000 mTorr toont.
    4. Selecteer RF met Hi-modus en bloot de substraten voor 3 min.
    5. Aan het einde van het proces, de macht van RF en uitschakelen vacuümpomp.
    6. Uitschakelen van het plasma schoner en verwijder de substraten.
      Opmerking: Na het plasma schoonmaken, toont het oppervlak hydrofiele gedrag (figuur 1B). De contacthoek water van blote silicium oppervlakken vóór en na reiniging plasma zijn 27° ± 2° en 0°, respectievelijk.
  3. Spin-coating van PGMA -b- PVDMA, gloeien en ultrasoonapparaat over de parylene stencils
    1. Onmiddellijk spin-coat de substraten met 100 µL van 1% pm PGMA -b- PVDMA in watervrij chloroform bij 1500 t/min, voor 15 s met behulp van een draai-coater (Zie de Tabel van de materialen).
      Opmerking: Draai-coating binnen 1-2 s van de polymeeroplossing om te minimaliseren van de film niet-uniformiteit veroorzaakt door verdamping van de snelle chloroform pipetteren uitvoeren
    2. Anneal de polymeerlagen bij 110 ° C in een vacuüm oven (Zie de Tabel van materialen) voor 18u.
      Opmerking: Gloeien zorgt voor polymeer microphase segregatie en gehechtheid van de oppervlakte van het GMA blok aan de oppervlakte26.
      1. Na het gloeien, karakteriseren de polymeercoating door het meten van de contacthoek van substraten. Oppervlakken tonen een contacthoek van 75° ± 1° (Figuur 1 c)20.
    3. Bewerk ultrasone trillingen ten de substraten in 20 mL aceton of chloroform voor 10 min om de parylene laag en een physisorbed polymeer te verwijderen.
      Opmerking: Gebruik de volgende ultrasoonapparaat voorwaarden: ultra sonic macht, 284 W; Operationele frequentie, 40 kHz (Zie de Tabel van de materialen).
      Opmerking: Parylene kan ook worden geschild, uit het substraat door een stukje plakband aan de rand van het substraat toe te passen dan trekt de tape weg27.
    4. Bewaren de substraten onder vacuüm in een exsiccator tot karakterisering.

Figure 1
Figuur 1: Neem contact op met hoek metingen voor behandelde silicon substraten. (A) Bare silicium, Plasma-gereinigd silicium van (B) , (C) Spin beklede silicium met PGMA-b-PVDMA (na gloeien en ultrasoonapparaat in chloroform). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

4. PGMA -b- PVDMA Interface geleide montageprocedure

Opmerking: Deze procedure kan worden uitgevoerd op substraten met een chemisch inert achtergrond (punt 4.1), of een biologisch inerte achtergrond (punt 4.2), afhankelijk van de toepassing.

  1. Voorbereiding van chemisch inert achtergrond op silicium substraten
    1. Gebruiken zuurstof plasma reiniger om schoon het kale silicium (punt 3.2).
    2. Pipetteer 100 µL van trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl) silane (TPS) op een petrischaal en plaats de silicon substraten binnen een vacuüm exsiccator naast de petrischaal.
    3. Vacuüm (-750 Torr) voor 1 h voor chemical vapor deposition (CVD) van toepassing.
      Let op: De TPS is zeer giftig en de CVD-proces moet worden uitgevoerd in een zuurkast.
      Opmerking: Na 1 h toont het substraat hydrofobe gedrag. Een contacthoek van 109° ± 3° wordt meestal gemeten na de CVD-proces. De dikte van de film van de TPS is 1,5 ± 0,5 nm.
      Opmerking: TPS blokkeert reactie van het reactief oppervlak oxide met PGMA -b- PVDMA.
    4. Coat de wafeltjes met parylene (1 µm dikte). Het uitvoeren van fotolithografie en reactive ion etching parylene patronen (sectie 2) genereren en etch weg de TPS laag in de blootgestelde gebieden.
  2. Voorbereiding van polyethyleenglycol (PEG) achtergrond op silicium substraten.
    1. Gebruiken het zuurstof plasma cleaner voor 3 min de kale silicon substraten (punt 3.2) schoon te maken.
    2. CVD van TPS voor 1 h (sectie 4.1.2) uitvoeren.
    3. Substraten onderdompelen in een 0,7% wt/v oplossing van Pluronic F-127 in ultrazuiver water gedurende 18 h voor het genereren van een PEG-laag op de oppervlakte28,-29.
      Opmerking: Pluronic bevat een hydrofobe polypropyleen oxide (PPO) polymeer blok tussen twee PEG kettingen. Het blok PPO verankert het polymeer naar de oppervlakte TPS terwijl de PEG-ketens worden blootgesteld aan oplossing28.
    4. Wassen en spoel het substraat voor 5 min met 100 mL ultrazuiver water.
    5. Kluisje 80 nm en 1 µm dik parylene N 4-inch silicium (wafers) met behulp van een parylene coater.
    6. Het uitvoeren van fotolithografie en reactive ion etching voor het genereren van parylene patronen (sectie 2).
  3. Ultrasoonapparaat, spin-coating van PGMA -b- PVDMA polymeer, en gloeien van de substraten
    1. Bewerk ultrasone trillingen ten chemisch inert (TPS) substraten (punt 4.1) of PEG-functionele substraten (punt 4.2) gedurende 10 minuten in aceton voor het verwijderen van de parylene laag.
    2. Spin-jas de sonicated substraat met 100 µL van 1% pm PGMA -b- PVDMA in watervrij chloroform bij 1500 t/min voor 15 s.
    3. Ontharden de polymeerlagen bij 110 ° C onder vacuüm voor 18u.
    4. Bewerk ultrasone trillingen ten de substraten in aceton of chloroform voor 10 min te verwijderen physisorbed polymeer in achtergrond regio's op het oppervlak aanwezig.
    5. Bewaren de substraten in een vacuüm exsiccator tot verder gebruik.

5. aangepaste PGMA -b- PVDMA Micro-contactpersoon afdrukken (μCP)

  1. PDMS stempel fabricage
    1. De meesters van de silicium volgens de standaard fotolithografie procedure30fabriceren. Gebruik CVD proces (sectie 4.1.2) te deponeren anti-lijm TPS op de silicium-meesters.
      Opmerking: De siliconen mal moet worden behandeld met TPS de eerste keer dat het is gebruikt, en opnieuw toegepast nadat het is gebruikt 5 - 10 keer.
    2. Standaard zachte lithografie methoden voor fabricage van postzegels (PDMS voorloper genezen agent massa verhouding 10:1)31uitvoeren.
      Opmerking: Postzegels gebruikt in deze studie bestaat uit micropillar arrays (diameter = 5-50 µm, hoogte = 20 µm).
    3. Knip een één stempel. Reinig de stempel door de sonicating gedurende 10 minuten in de HCl (1 M), 5 min in aceton, gevolgd door 5 min in ethanol.
    4. Droog de stempels in een convectie oven bij 80 ° C gedurende 20 min resterende oplosmiddel te verwijderen.
  2. Microcontact afdrukken van PGMA -b- PVDMA op silicium substraten
    1. Storting TPS op het oppervlak van PDMS stempels met behulp van de CVD-proces (sectie 4.1.2).
      Opmerking: De TPS-laag wordt gebruikt om te voorkomen dat de koppeling van het polymeer naar de oppervlakte van de stempel.
      Opmerking: Contact hoek metingen kunnen worden gebruikt om te karakteriseren postzegels na TPS adsorptie, zoals weergegeven in Figuur 2 (inzet A, B).
    2. Los van het PGMA -b- PVDMA polymeer in watervrij chloroform bij een concentratie van 0,25-1% wt.
    3. De stempels onderdompelen in 5 mL van de polymeeroplossing voor 3 min.
    4. Plasma schoon 2 × 2 cm blote silicon substraten voor 3 min aan schoon oppervlak voor koppeling met de PGMA blokken (punt 3.2).
    5. De beklede polymeer stempels uit de polymeeroplossing nemen.
      Opmerking: Postzegels moeten worden gebruikt voor het afdrukken van terwijl ze nog nat zijn en een laag van oplossing over hen bestaat.
    6. Zet geïnkt stempel direct op silicium substraat.
    7. Gebruik een handmatige boor pers staan (Zie de Tabel van materialen) (Figuur 3) te drukken de beklede polymeer stempels op het oppervlak van de silicon ter bevordering van de overdracht van de patroon. Toepassing onmiddellijk de stempel op het substraat (binnen 1-2 s) na het nemen van de gecoate stempels van polymeeroplossing.
      Opmerking: Zowel het silicium en het PDMS stempel kan geplaatst worden op dubbelzijdige tape drager te minimaliseren PDMS stempel vervorming als gevolg van de niet-uniforme of hoge druk32stempelen.
    8. Hoekgetrouwe contact tussen polymeer-geïnkt stempel van toepassing en silicium substraat voor 1 min. Gebruik de geschatte druk van 75 g/cm2(7.35 kPa) te drukken.
    9. De stempel van het silicium oppervlak zachtjes te scheiden.
    10. Ontharden de afgedrukte silicon substraten onmiddellijk in een vacuüm oven bij 110 ° C gedurende 18 h.
    11. Bewerk ultrasone trillingen ten de afgedrukte silicon substraten in aceton of chloroform voor 10 min te verwijderen van elk fysiek geadsorbeerde PGMA -b- PVDMA en vervolgens droog met N2.
      1. Oppervlakte karakterisering analyses uit te voeren voor zowel PDMS stempel (na afdrukken stap) en afgedrukt-silicium (na gloeien en ultrasoonapparaat stappen) om te controleren of de succesvolle overdracht van PGMA -b- PVDMA.
        Opmerking: Oppervlakte profilometer en verzwakte totale reflectantie Fourier-transform infrarood spectroscopie (ATR-FTIR) analyse kan worden gebruikt voor het analyseren van de afgedrukt-silicium substraat en PDMS stempel, respectievelijk.
    12. Bewaren de substraten onder vacuüm in een exsiccator tot karakterisering.

Figure 2
Figuur 2 : ATR-FTIR metingen voor behandelde PDMS stempels (relatieve intensiteit). (Inzet A) Neem contact op met de hoek metingen voor kale PDMS stempel. (Inzet B) Contacthoek metingen voor TPS behandeld PDMS stempel. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3: Opstelling voor μCP van PGMA -b- PVDMA oplossingen op silicium substraten. De procedure omvat het gebruik van een (A) handmatig boor press, (B) een stempel van de TPS-matiemaatschappij PDMS bekleed met het PGMA -b- PVDMA polymeer, (C) een plasma schoongemaakt 2 × 2 cm silicon substraat, en (D) dubbelzijdige tape.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Contacthoek metingen kunnen worden gebruikt om te evalueren van de functionalization van silicium met PGMA-b-PVDMA. Figuur 1 toont de contacthoek van het substraat van silicium tijdens de verschillende stappen. Hydrofiele gedrag van het plasma gereinigd silicon substraat is afgebeeld in figuur 1B. De contacthoek nadat polymeer spin coating en gloeien 75° ± 1 is °(figuur 1C) 20die strookt met de waarden die zijn gerapporteerd door Lokitz et al. voor PVDMA oppervlakken.

Figuur 2 toont het ATR-FTIR spectra en meten van de contacthoek van PDMS postzegels tijdens de verschillende stappen van de procedure µCP. Na het afdrukken daalt de azlactone carbonyl uitrekken trillingen op ~ 1818 cm-1 met 34 9%. Figuur 2 (inzet A, B) ook beschrijft de verandering in hydrophobicity van PDMS postzegels na TPS behandeling.

Stempel-substraat te drukken is een cruciale stap in µCP. Figuur 3 exposities verschillende delen van het handmatige roterende gereedschap nodig is om uniforme contact tussen het polymeer beklede stempel en silicium substraat.

Figure 4
Figuur 4: Details van de ontwikkelde technieken voor het genereren van PGMA -b- PVDMA in patroon, kruisverwijzende of borstel films. Dit cijfer is gewijzigd van Masigol et al. 24 . (A) schematische weergave van het parylene lift-off protocol voor patronen polymeer borstels op silicium substraten, 1. silicium wafer (w/native oxide), 2. parylene afzetting (1 µm of 80 nm), 3 . Fotoresist spin coating, 4. UV-blootstelling en ontwikkeling, 5. zuurstof plasma etsen, 6. polymeer spin coating, 7. gloeien en parylene lanceerraket. (B) IDA procedure voor patronen polymeer borstels op biologische fysico-chemische (PEG/TPS) inerte substraten, 1. silicium wafer (w/native oxide), 2. PEG/TPS depositie, 3. parylene afzetting (1 µm of 80 nm), 4. fotoresist spin coating, 5. UV blootstelling en ontwikkeling, 6. zuurstof plasma behandeling, 7. parylene lanceerraket, 8. polymeer spin coating, 9. gloeien en ultrasoonapparaat. (C) generatie van kruisverwijzende polymeer structuren op silicium met behulp van de methode van de µCP, 1. soft-lithografie voor het maken van PDMS stempel gevolgd door TPS coating, 2. polymeer inkten op TPS-matiemaatschappij PDMS, 3 . stempel/substraat contact, 4. gloeien en ultrasoonapparaat. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 4 ziet u de stapsgewijze procedures voor het genereren van polymeer patronen24. Deze procedures zijn ontworpen om: (1) patroon uniforme borstel structuren van PGMA -b- PVDMA polymeren op chemisch/biologisch inerte substraten door toepassing van parylene lift-off en IDA technieken ()figuur 4A, 4 B), of (2) genereren van dikkere film patronen van micron-schaal dikte ()figuur 4C).

Figure 5
Figuur 5: representatieve resultaten van de procedure van de astronauten parylene. (A) helderveld beelden van PGMA -b- PVDMA polymeer patronen op silicium met het gloeien (verzonken ik) en zonder gloeien (inzet ii) (schaal bar = 40 µm). (B) de dikte van het polymeer gemeten na 10 min ultrasoonapparaat in chloroform met of zonder gloeien. (C) transversale polymeer hoogte profiel voor 1 µm dik parylene stencils. (D) transversale polymeer hoogte profiel voor 80 nm dikke parylene stencils. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

De parylene lift-off techniek kan worden gebruikt om de borstel structuren van PGMA -b- PVDMA blok co polymeren, overeenkomt met ~ 90 nm laagdikte. Figuur 5 A (inset ik) toont de patroon plekken omgeven door polymeer-gratis achtergrond. Gloeien is de cruciale stap toonaangevende polymeer fase-segregatie en sterke covalente oppervlakte gehechtheid door reactie van epoxy groepen op het blok van de GMA met oppervlakte oxide24. Figuur5 toonteen (inzet ii) zonder gloeien, ultrasoonapparaat in chloroform verwijdert veel van het patroon polymeer. Om te onderzoeken van het effect van het gloeien in meer detail, werd een concentratie van 1% pm voor polymer in chloroform spin beklede over een plasma-gereinigd silicon substraat (zonder parylene). De dikte van het polymeer werd gemeten door ellipsometrie (Zie de Tabel van de materialen). Terwijl ultrasoonapparaat in chloroform tot het ontslag van de meeste van het polymeer uit niet-gegloeid ondergronden leidde, werd geen belangrijke verandering in dikte van polymeer geconstateerd voor ontharde substraten ()figuur 5B). In vergelijking tot 1 µm parylene stencils, 80 nm parylene stencils gegenereerd hogere uniformiteit van de film ()figuur 5C, 5D).

Figure 6
Figuur 6: Representatieve resultaten van de IDA-methode voor het genereren van de borstel-achtige patronen van PGMA -b- PVDMA in biologisch en chemisch inert achtergronden. Dit cijfer is gewijzigd van Masigol et al. 24 . (A) PGMA -b- PVDMA patronen in TPS en PEG achtergronden. (B) AFM meting van polymeer patronen en representatieve polymeer laagdikte over TPS-gecoate ondergronden. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

De IDA-techniek kan mede patroon uniforme films van het PGMA -b- PVDMA polymeer over biologisch of chemisch inert achtergronden worden gebruikt. Figuur 6 A toont de PGMA -b- PVDMA patronen op PEG/TPS achtergronden. Deze aanpak resulteert in patroon films van 90-100 nm dikte zonder de rand defecten waargenomen vanaf de voorafgaande methode ()figuur 5C, 5D). AFM profielen in Figuur 6B verbeelden polymeer film diktes verkregen met behulp van de IDA-methode.

Figure 7
Figuur 7: Representatieve resultaten van μCP techniek voor het maken van de kruiselings gekoppelde films van PGMA -b- PVDMA. Dit cijfer is gewijzigd van Masigol et al. 24. (A) hoogte profielen van polymeren afgedrukt op het silicium substraten (1% pm polymeer). (inzet ik) PGMA -b- PVDMA patronen verkregen na µCP met gloeien, en inzet ii zonder gloeien (schaal bar = 30 µm). (B) ATR-FTIR analyse van blote silicium en silicium substraat na PGMA -b- PVDMA afdrukken. (C) Effect van het gebruik van verschillende polymeer inkt concentraties op de hoogte van de film gemiddelde kruisverwijzende (foutbalken beschrijven standaarddeviatie van het gemiddelde). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

µCP werd ontwikkeld als de definitieve aanpak van patronen PGMA -b- PVDMA polymeren op silicium oppervlakken. In tegenstelling tot parylene lift-off en IDA technieken resulteert deze aanpak in polymeerlagen patroon bij micron-schaal dikte ()figuur 7A). Er waren verschillende kritische stappen die moesten verzekeren van efficiënte overdracht van polymeer van de stempel op de ondergrond tijdens het drukproces. Eerst, PDMS functionalization met TPS moest remmen PGMA -b- PVDMA koppeling aan de stempel ()Figuur 2, inzet van A, B). Ten tweede moest plasma behandeling op het substraat vormen een oxide toplaag voor reactie met epoxy groepen aanwezig zijn in het PGMA blok van het polymeer ()figuur 1B). Ten slotte, gloeien van de afgestempelde polymeerlagen moest bevorderen crosslinking in de hele film; Figuur 7 A (inset i en ii) Toon ontharde en niet-gegloeid substraten na ultrasoonapparaat, waar aanzienlijke schade aan de niet-gegloeid films werd waargenomen. Een andere voorwaarde voor de techniek van het patroon van de muziek was voor het behoud van de azlactone-functie, die werd gecontroleerd door het meten van de carbonyl uitrekken trillingen op ~ 1818 cm-1 ()figuur 7B). Tot slot, de µCP-techniek ook microscale controle van dikte polymeerlagen ingeschakeld door het variëren van de concentraties van PGMA -b- PVDMA in chloroform tijdens de inktgeving stap ()Figuur 7 c).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Dit artikel presenteert drie benaderingen voor het patronen PGMA -b- PVDMA, elk met een set van voor- en nadelen. De methode van de astronauten parylene is een veelzijdige methode voor patronen blok co polymeren op micro nanoschaal resolutie, en is gebruikt als een masker van de depositie in andere patronen systemen33,34,35. Als gevolg van de relatief zwakke oppervlakte adhesie, kan de parylene stencil gemakkelijk worden verwijderd van het oppervlak met het ultrasoonapparaat in een oplosmiddel na polymeercoating de achtergrond regio's bloot te stellen. Achtergrond gebieden weergegeven consequent schoon en vrij van residuele polymeer. Aangezien parylene inerte een verschillende oppervlakken36,37deze aanpak is nuttig voor het storten van PGMA -b- PVDMA in een verscheidenheid van verschillende achtergrond oppervlakte chemicaliën. Een factor die beïnvloed film uniformiteit was parylene stencil dikte. Twee verschillende parylene diktes (1 µm en 80 nm) werden gebruikt (methode A, Figuur 4) te onderzoeken van het effect van de dikte van het stencil op de gegenereerde PGMA -b- PVDMA structuren. Vergeleken met 1 µm, 80 nm dikke parylene polymeerlagen gemaakt met hogere uniformiteit, echter rand gebreken werden waargenomen rond elke polymeer plek in beide gevallen ()figuur 5C, 5D). Dit is waarschijnlijk te wijten aan een opbouw van polymeer tegen het stencil tijdens de stap van de spin-coating, toenmalig kruisverwijzende in dikkere films aan de randen van het patroon tijdens de onthardende stap. Echter, gloeien is van cruciaal belang voor het verkrijgen van stabiele polymeer patronen (figuur 5A, 5B), aldus rand gebreken waren onvermijdelijk met deze methode.

Als alternatief, de IDA patronen methode gebruikt parylene stencils om te genereren oxide patronen die begeleiden de zelf-assemblage van het PGMA -b- PVDMA polymeer aan de oppervlakte in een maskless deposition proces (methode B, Figuur 4). Physisorbed polymeren aanwezig in de achtergrond-gebieden onmiddellijk na de spin coating stap worden verwijderd met het ultrasoonapparaat in organisch oplosmiddel. Nadat deze stappen zijn uitgevoerd, helderveld, SEM, en AFM beelden van het oppervlak onthullen PGMA-b-PVDMA patronen die overeenkomen met het silicium oxide patronen ()figuur 6A). In tegenstelling tot de vorige methode tonen patroon films hoog uniformiteit zonder rand-gebreken, zoals geen masker aanwezig tijdens de spin coating stap was. De resulterende dikte van de polymeerlagen is 90-100 nm, in overleg met de gerapporteerde dikte voor borstels voor PGMA -b- PVDMA polymeer van deze moleculaire gewicht20. Dit uitstekende kenmerk kunt precieze manipulatie van de chemische reactiviteit door de PGMA -b- PVDMA patroon dichtheid of het molecuulgewicht van de PVDMA keten aan te passen.

Terwijl de IDA-methode is de voorkeur voor toepassingen waar de film uniformiteit is belangrijk, zijn er twee inherente nadelen aan de methode. Eerst, vorming van residuele PGMA -b- PVDMA polymeer in achtergrond regio's kan optreden, zoals kan worden opgemerkt in de regio's van TPS, achtergrond in figuur 6A. Als achtergrond polymeer een probleem is, moet de chemische integriteit van de achtergrond eerst worden gecontroleerd met ATR-FTIR of water contacthoek meting39. Extra ultrasoonapparaat kan ook nuttig zijn voor het verwijderen van de resterende polymeer. Ten tweede, de IDA-methode is beperkt tot de achtergronden die onreactieve aan de PGMA of PVDMA groepen in het polymeer zijn. Andere achtergronden met reactieve wordt (aminen, thiolen, enz.) zou waarschijnlijk paar aan het polymeer, patroon integriteit in gevaar te brengen.

Ter aanvulling van de parylene en IDA patronen methoden, genereert het aangepaste µCP protocol dikker PGMA -b- PVDMA structuren (methode C, Figuur 4), verstrekken van de hogere oppervlakte-naar-volume-ratio's die de laden verbeteren kunnen van chemische of biologische analyten in vastleggen van toepassingen verbeteren cel bijlage, levensvatbaarheid en proliferatie in cel cultuur toepassingen41,42. Hier, de oppervlakte chemie van zowel de stempel en het substraat waren essentieel voor het behoud van efficiënte polymeer overdracht met behoud van de integriteit van de hoge patroon. PGMA -b- PVDMA overdracht werd vergemakkelijkt door de behandeling van de stempel met een laag TPS verkleinen de oppervlakte vrije energie van het stempel44, terwijl ook de behandeling van de silicium-substraten met zuurstof plasma onmiddellijk vóór het afdrukken om reactieve oppervlakte hydroxylgroepen voor koppeling aan groepen aanwezig zijn in de PGMA epoxy blokkeren23.

Een primaire uitdaging in het µCP-protocol komt van de gebruik van chloroform oplosmiddel te bereiden van het polymeer inkt oplossing. Snel verdampend oplosmiddel over de stempel kan leiden tot niet-uniforme polymeer inkten,24,43van de reproduceerbaarheid van de patroon in gevaar te brengen. Om dit te vermijden, was het kritisch dat postzegels werden volledig ondergedompeld in hoeveelheden van 5 mL van de inktgeving oplossing, in tegenstelling tot pipetting kleine hoeveelheden van de oplossing over de bovenkant van het oppervlak van de stempel. Verschillende onderdompeling tijden werden onderzocht, en 3 min bleek te zijn optimaal voor dit proces. Het was noodzakelijk om vervolgens de natte stempel op de bovenkant van het substraat direct plaats binnen 1-2 seconden van de uitslag van de oplossing en toevoegen van manuele druk aan de stempel met de Dremel gereedschap instellen (Figuur 3). Dit proces toegestaan voor overdracht onder natte omstandigheden, die was van cruciaal belang voor het behoud van spuitrendement en uniformiteit. Als patroon van de muziek van dit proces nog steeds niet-uniforme, is stempel vervorming waarschijnlijk. In dit geval is de verhouding voor PDMS base/genezen agent in soft-lithografie stap wijzigbaar voor het genereren van stijver stempels46.

Kortom beschrijven de methoden en de resultaten die hier gepresenteerd meerdere benaderingen voor het maken van patroon interfaces met het PGMA -b- PVDMA polymeer. De methoden kunnen worden gebruikt voor het genereren van patroon films met borstel of kruisverwijzende structuren, afhankelijk van de toepassing. Polymeer kan worden patroon in biologisch of chemisch inert achtergronden. Omdat de afzetting van het polymeer is de laatste stap in het proces van de afzetting, is de azlactone-functionaliteit bewaard in elk protocol patronen. Na patronen zijn substraten klaar voor post-functionalization met andere chemische of biologische groepen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Dit onderzoek werd gesteund door Kansas State University. Een deel van dit onderzoek werd uitgevoerd in het midden voor Nanophase Materials Sciences, die bij het Oak Ridge National Laboratory wordt gesponsord door de wetenschappelijke gebruiker voorzieningen Division, de Office of Basic Energy Sciences en het Amerikaanse ministerie van energie.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Material
Ethanol, ≥ 99.5% Sigma-Aldrich 459844 -
HCL, 1.019 N in H2O Fluka Analytical 318949 -
Acetone, ≥ 99.5% Sigma-Aldrich 320110 -
Benzene, ≥ 99.9% Sigma-Aldrich 270709 -
Isopropanol, ACS reagent, ≥99.5% Sigma-Aldrich 190764
Hexane Fisher Chemical H292-4 -
Argon Matheson Gas G1901175 -
Tetrahydrofuran (THF), ≥ 99.9% Sigma-Aldrich 401757 -
Pluronic F-127 Sigma-Aldrich P2443 -
Polydimethyl Siloxane (PDMS) Slygard 184 Dow Corning 4019862 -
Trichloro (1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl) silane (TPS), 97% Sigma-Aldrich 448931 It is toxic. Work with it under hood
Anhydrous Chloroform, ≥ 99% Sigma-Aldrich 372978 -
Positive Photoresist AZ1512 MicroChemicals AZ 1512 amber-red liquid, density 1.083 g/cm3, spin coating step should be done under the hood
Developer AZ 300 MIF MicroChemicals AZ300 MIF clear colourless liquid with slight amine odor and density of 1 g/cm3
1,2-Vinyl-4,4- dimethyl azlactone (VDMA) Isochem North America, LLC VDMA -
2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonate (CPDT) Sigma-Aldrich 723037 -
2,2′-Azobis (4methoxy-2,4-dimethyl valeronitrile) (V-70) Wako Specialty Chemicals CAS NO. 15545-97-8, EINECS No. 239-593-8 -
Parylene N Specialty Coating Systems 15B10004 -
Name Company Catalog Number Comments
Equipment
Parylene Coater Specialty Coating Systems SCS Labcoater (PDS 2010) -
Mask alignment system Neutronix Quintel NXQ8000 -
Oxygen Plasma Etcher Oxford Instruments Plasma Lab System 100 -
Surface Profilometer Veeco Dektak 150 Scan type was standard hill. Scan duration and force were 120 s and 1 mg, respectively.
Brightfield Upright Microscope Olympus Corporation BX51 -
Oxygen Plasma  Cleaner Harrick Plasma PDC-001-HP -
Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR) Perkin Elmer ATR-FTIR 100 -
Atomic Force Microscopy (AFM) PicoPlus Picoplus atomic force microscope Veeco MLCT-E cantilevers with a 0.5 N/m spring constant. Scan speeds varied between 0.25 and 1 Hz.
Scanning Electron Microscopy (SEM) Hitachi Science Systems Ltd., Tokyo, Japan - -
Rotary Tool Workstation Dremel Model 220-01 -
Spin Coater Smart Coater SC100 -
Vacuum Oven Yamato Scientific Co. PCD-C6(5)000) -
Size Exclusion Chromatography (SEC) Waters Alliance 2695 Separations Module 720004547EN -
Refractive Index (RI) detector Waters Model 2414 -
Photodiode Array Detector Waters Model 2996, 716001286 -
Multi-angle Light Scattering (MALS) Detector Wyatt Technology miniDAWN TREOS II -
Viscometer Wyatt Technology Viscostar -
PLgel 5 µm mixed-C columns (300 x 7.5 mm) Agilent 5 µm mixed-C columns -
Ellipsometer J. A. Woollam alpha-SE Cauchy model, PGMA and PVDMA layers had refractive indices of 1.50 and 1.52 at 632 nm
Ultrasonic Sonicator Fischer Scientific FS-110H -

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Faia-Torres, A., Goren, T., Textor, M., Pla-Roca, M. Patterned Biointerfaces. Comprehensive biomaterials. , 1st edition, Elsevier publications. 181-201 (2017).
  2. Ogaki, R., Alexander, M., Kingshott, P. Chemical patterning in biointerface science. Materials Today. 13 (4), 22-35 (2010).
  3. Rungta, A., et al. Grafting bimodal polymer brushes on nanoparticles using controlled radical polymerization. Macromolecules. 45 (23), 9303-9311 (2012).
  4. Guyomard, A., Fournier, D., Pascual, S., Fontaine, L., Bardeau, J. Preparation and characterization of azlactone functionalized polymer supports and their application as scavengers. European Polymer Journal. 40 (10), 2343-2348 (2004).
  5. Zayas-Gonzalez, Y. M., Lynn, D. M. Degradable Amine-Reactive Coatings Fabricated by the Covalent Layer-by-Layer Assembly of Poly (2-vinyl-4, 4-dimethylazlactone) with Degradable Polyamine Building Blocks. Biomacromolecules. 17 (9), 3067-3075 (2016).
  6. Schmitt, S. K., et al. Peptide Conjugation to a Polymer Coating via Native Chemical Ligation of Azlactones for Cell Culture. Biomacromolecules. 17 (3), 1040-1047 (2016).
  7. Yu, Q., Cho, J., Shivapooja, P., Ista, L. K., López, G. P. Nanopatterned smart polymer surfaces for controlled attachment, killing, and release of bacteria. ACS Applied Materials & Interfaces. 5 (19), 9295-9304 (2013).
  8. Jones, M. W., Richards, S., Haddleton, D. M., Gibson, M. I. Poly (azlactone)s: versatile scaffolds for tandem post-polymerisation modification and glycopolymer synthesis. Pilymer Chemistry UK. 4 (3), 717-723 (2013).
  9. Barkakaty, B., et al. Amidine-Functionalized Poly (2-vinyl-4, 4-dimethylazlactone) for Selective and Efficient CO2 Fixing. Macromolecules. 49 (5), (2016).
  10. Cullen, S. P., Mandel, I. C., Gopalan, P. Surface-anchored poly (2-vinyl-4, 4-dimethyl azlactone) brushes as templates for enzyme immobilization. Langmuir. 24 (23), 13701-13709 (2008).
  11. Schmitt, S. K., et al. Polyethylene glycol coatings on plastic substrates for chemically defined stem cell culture. Advanced Healthcare Materials. 4 (10), 1555-1564 (2015).
  12. Yan, S., et al. Nonleaching Bacteria-Responsive Antibacterial Surface Based on a Unique Hierarchical Architecture. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (37), 24471-24481 (2016).
  13. Li, C., et al. Creating "living" polymer surfaces to pattern biomolecules and cells on common plastics. Biomacromolecules. 14 (5), 1278-1286 (2013).
  14. Brétagnol, F., et al. Surface functionalization and patterning techniques to design interfaces for biomedical and biosensor applications. Plasma Processes and Polymers. (6-7), 443-455 (2006).
  15. Thery, M. Micropatterning as a tool to decipher cell morphogenesis and functions. Journal of Cell Science. 123 (Pt 24), 4201-4213 (2010).
  16. Robertus, J., Browne, W. R., Feringa, B. L. Dynamic control over cell adhesive properties using molecular-based surface engineering strategies. Chemical Soceity Reviews. 39 (1), 354-378 (2010).
  17. Kane, R. S., Takayama, S., Ostuni, E., Ingber, D. E., Whitesides, G. M. Patterning proteins and cells using soft lithography. Biomaterials. 20 (23), 2363-2376 (1999).
  18. Cattani-Scholz, A., et al. PNA-PEG modified silicon platforms as functional bio-interfaces for applications in DNA microarrays and biosensors. Biomacromolecules. 10 (3), 489-496 (2009).
  19. Nie, Z., Kumacheva, E. Patterning surfaces with functional polymers. Nature Materials. 7 (4), (2008).
  20. Lokitz, B. S., et al. Manipulating interfaces through surface confinement of poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyldimethylazlactone), a dually reactive block copolymer. Macromolecules. 45 (16), 6438-6449 (2012).
  21. Kratochvil, M. J., Carter, M. C., Lynn, D. M. Amine-Reactive Azlactone-Containing Nanofibers for the Immobilization and Patterning of New Functionality on Nanofiber-Based Scaffolds. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (11), 10243-10253 (2017).
  22. Wancura, M. M., et al. Fabrication, chemical modification, and topographical patterning of reactive gels assembled from azlactone-functionalized polymers and a diamine. Journal of Polymer Science Part A1. 55 (19), 3185-3194 (2017).
  23. Hansen, R. R., et al. Lectin-functionalized poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyldimethyl azlactone) surface scaffolds for high avidity microbial capture. Biomacromolecules. 14 (10), 3742-3748 (2013).
  24. Masigol, M., Barua, N., Retterer, S. T., Lokitz, B. S., Hansen, R. R. Chemical copatterning strategies using azlactone-based block copolymers. Journal of Vacuum Science and TechnologyB. 35 (6), 06GJ01 (2017).
  25. Lokitz, B. S., et al. Dilute solution properties and surface attachment of RAFT polymerized 2-vinyl-4, 4-dimethyl azlactone (VDMA). Macromolecules. 42 (22), 9018-9026 (2009).
  26. Aden, B., et al. Assessing Chemical Transformation of Reactive, Interfacial Thin Films Made of End-Tethered Poly (2-vinyl-4, 4-dimethyl azlactone)(PVDMA) Chains. Macromolecules. 50 (2), 618-630 (2017).
  27. Hansen, R. H., et al. Stochastic assembly of bacteria in microwell arrays reveals the importance of confinement in community development. Public Library of Science One. 11 (5), e0155080 (2016).
  28. Vargis, E., Peterson, C. B., Morrell-Falvey, J. L., Retterer, S. T., Collier, C. P. The effect of retinal pigment epithelial cell patch size on growth factor expression. Biomaterials. 35 (13), 3999-4004 (2014).
  29. Tzvetkova-Chevolleau, T., et al. Microscale adhesion patterns for the precise localization of amoeba. Microelectronic Engineering. 86 (4), 1485-1487 (2009).
  30. Shelly, M., Lee, S., Suarato, G., Meng, Y., Pautot, S. Photolithography-Based Substrate Microfabrication for Patterning Semaphorin 3A to Study Neuronal Development. Semaphorin Signaling: Methods and Protocols. 1493, 321-343 (2017).
  31. McDonald, J. C., et al. Fabrication of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane). Electrophoresis. 21 (1), 27-40 (2000).
  32. Hansen, R. R., et al. High content evaluation of shear dependent platelet function in a microfluidic flow assay. Annals of Biomedical Engineering. 41 (2), 250-262 (2013).
  33. Segalman, R. A., Yokoyama, H., Kramer, E. J. Graphoepitaxy of spherical domain block copolymer films. Advanced Materials. 13 (15), 1152-1155 (2001).
  34. Stoykovich, M. P., et al. Directed assembly of block copolymer blends into nonregular device-oriented structures. Science. 308 (5727), New York, N.Y. 1442-1446 (2005).
  35. Craig, G. S., Nealey, P. F. Self-assembly of block copolymers on lithographically defined nanopatterned substrates. Journal of Polymer Science and Technology. 20 (4), 511-517 (2007).
  36. Kodadek, T. Protein microarrays: prospects and problems. Chemical Biology. 8 (2), 105-115 (2001).
  37. Atsuta, K., Suzuki, H., Takeuchi, S. A parylene lift-off process with microfluidic channels for selective protein patterning. Journal of Micromechanics and Microengineering. 17 (3), 496 (2007).
  38. Ramanathan, M., Lokitz, B. S., Messman, J. M., Stafford, C. M., Kilbey, S. M. II Spontaneous wrinkling in azlactone-based functional polymer thin films in 2D and 3D geometries for guided nanopatterning. Journal of Material Chemistry C. 1 (11), 2097-2101 (2013).
  39. Suh, K. Y., Jon, S. Control over wettability of polyethylene glycol surfaces using capillary lithography. Langmuir. 21 (15), 6836-6841 (2005).
  40. Buck, M. E., Lynn, D. M. Layer-by-Layer Fabrication of Covalently Crosslinked and Reactive Polymer Multilayers Using Azlactone-Functionalized Copolymers: A Platform for the Design of Functional Biointerfaces. Advanced Engineering Materials. 13 (10), 343-352 (2011).
  41. Ma, L., et al. Trap Effect of Three-Dimensional Fibers Network for High Efficient Cancer-Cell Capture. Advanced Healthcare Materials. 4 (6), 838-843 (2015).
  42. Massad-Ivanir, N., Shtenberg, G., Tzur, A., Krepker, M. A., Segal, E. Engineering nanostructured porous SiO2 surfaces for bacteria detection via "direct cell capture". Analytical Chemistry. 83 (9), 3282-3289 (2011).
  43. Ilic, B., Craighead, H. Topographical patterning of chemically sensitive biological materials using a polymer-based dry lift off. Biomedical Microdevices. 2 (4), 317-322 (2000).
  44. Gates, B. D., et al. New approaches to nanofabrication: molding, printing, and other techniques. Chemical Reviews. 105 (4), 1171-1196 (2005).
  45. Jonas, U., del Campo, A., Kruger, C., Glasser, G., Boos, D. Colloidal assemblies on patterned silane layers. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 99 (8), 5034-5039 (2002).
  46. Qin, D., Xia, Y., Whitesides, G. M. Soft lithography for micro-and nanoscale patterning. Nature Protocols. 5 (3), 491-502 (2010).

Tags

Engineering kwestie 136 functionele interfaces azlactone polymeren fabricage microcontact afdrukken interface gericht assemblage parylene
Fabriceren van reactieve oppervlakken met borstel-achtige en kruisverwijzende Films van Azlactone-matiemaatschappij blok co-polymeren
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Masigol, M., Barua, N., Lokitz, B.… More

Masigol, M., Barua, N., Lokitz, B. S., Hansen, R. R. Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers. J. Vis. Exp. (136), e57562, doi:10.3791/57562 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter