מאמר שיטה

בדיית משטחים תגובתי עם מברשת, תפור סרטים של פולימרים שיתוף בלוק Azlactone-Functionalized

DOI:

10.3791/57562

⸱

30 ביוני 2018

 ,  ,  , 
1Chemical Engineering Department, Kansas State University, 2Center for Nanophase Materials Sciences, Oak Ridge National Laboratory

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

שיטות ייצור משטח בדוגמת הפקדת ננומטר מברשות עבה או מיקרון עבה, תפור סרטים של פולימר שיתוף בלוק azlactone מדווחים. שלבים קריטיים ניסיוני, התוצאות נציג, מגבלות של כל שיטת נידונות. שיטות אלה שימושיים ליצירת בממשקים פונקציונליים עם מאפיינים פיזיים המותאמים תגובתיות משטח tunable.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

בנייר זה, שיטות ייצור המייצרים הרומן משטחים באמצעות בלוק מבוססי azlactone שיתוף הפולימר, פוליפוני (glycidyl methacrylate) -רחוב- פולי (ויניל דימתיל azlactone) (PGMA -b- PVDMA), מוצגים. בשל תגובתיות גבוהה של קבוצות azlactone כלפי אמין תיול, שלו קבוצות הידרוקסיל, PGMA -b- PVDMA משטחים יכול להיות שונה עם מולקולות משנית ליצירת ממשקי כימית או ביולוגית functionalized למגוון רחב של יישומים. בדו"חות קודמים מממשקי בדוגמת PGMA -b- PVDMA השתמשו טכניקות מסורתיות המתבנת מלמעלה למטה לייצר סרטים לא אחידה, בדיקות רקע לקוי מבוקרת, הביוכימיה. כאן, אנו מתארים המתבנת מותאם אישית טכניקות המאפשרות התצהיר מדויק מאוד אחיד PGMA -b- PVDMA הסרטים ברקעים אינרטי מבחינה כימית או בעלי מאפיינים biomolecule-דוחה חרקים. חשוב, שיטות אלה נועדו הפיקדון PGMA -b- PVDMA סרטים באופן לגמרי השומרת azlactone פונקציונליות בכל שלב העיבוד. סרטים בדוגמת להראות עוביים ומבוקרות היטב התואמים פולימר מברשות (~ 90 ננומטר) או מבנים תפור במיוחד (μm ~ 1-10). דוגמאות מילוי של מברשות מופקות בעזרת בהמראה או parylene או ממשק מכוונת מכלול השיטות המתוארות והם שימושי עבור אפנון מדויק של בסך הכל כימיים תגובתיות פני השטח על-ידי התאמת גם PGMA -b- PVDMA תבנית צפיפות או אורך הרחוב VDMA. לעומת זאת, העבה, תפור PGMA -b- PVDMA דפוסי מתקבלים באמצעות טכניקה הדפסה מותאמת אישית מיקרו-צור קשר, ומציעים את היתרון של העמסה גבוה יותר או לכידה של חומר משני עקב גבוה יותר שטח על יחסי נפח. השלבים המפורטים ניסיוני, אפיוני קולנוע ביקורתית, ומדריכים וגישה לפתרון בעיות עבור כל שיטת ייצור הם דנו.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פיתוח טכניקות ייצור המאפשרים שליטה צדדי ומדויק של פונקציונליות משטח כימית וביולוגית רצוי עבור מגוון של יישומים, לכידה של מזהמים סביבתיים, להתפתחות של הדור הבא ביולוגיים, שתלים, ורקמות הנדסה מכשירים1,2. פולימרים פונקציונלית הם חומרים מצוינים עבור כוונון דרך "הרכבה מן" או "הרכבה כדי" טכניקות3תכונות פני השטח. גישות אלה מאפשרים שליטה על פני השטח תגובתיות מבוסס על הפונקציונליות כימי של מונומר משקל מולקולרי של פולימר4,5,6. פולימרים מבוססי Azlactone בעוצמה נחקרו בהקשר זה, כפי azlactone קבוצות במהירות זוג עם נוקלאופילים עם שונות בתגובות פתיחת הטבעת. זה כולל ראשי אמינים, כהלים, תיולים וקבוצות הידרזין, ובכך מספק מסלול רב-גוני יותר משטח functionalization7,8. סרטים פולימריים מבוססי Azlactone יש כבר מועסקים שונים סביבתיים וללכוד יישומים ביולוגיים, לרבות analyte9,10, תא תרבות6,11, ו- anti-עכירות / ציפויים אנטי-דבק12. ביישומים ביולוגיים רבים, תכנים azlactone סרטים פולימריים-ננו כדי מיקרומטר פיסיקליות רצוי להקל על השליטה במרחב של biomolecule מצגת, אינטראקציות סלולרי, או כדי לווסת את האינטראקציות משטח13, 14,15,16,17,18. לכן, צריך לפתח שיטות ייצור להציע תבנית גבוהה אחידות עובי הסרט ומבוקרות היטב, מבלי להתפשר על פונקציונליות כימי19.

לאחרונה, Lokitz. ואח פיתח את PGMA -b- PVDMA בלוק קופולימר שהיה מסוגל לתמרן תגובתיות משטח. PGMA כמה בלוקים תחמוצת מניבי משטחים, מניב צפיפויות משטח גבוהה ו- tunable של azlactone קבוצות20. שיטות דיווח עבור תכנים הפולימר הזה עבור יצירה של ממשקים biofunctional השתמש בעבר גישות מסורתיות פוטוליתוגרפיה מלמעלה למטה להפיק סרטים פולימריים לא אחידה עם רקע אזורים מזוהמים עם ממסר חומר photoresist, גורם לרמות גבוהות של אינטראקציות כימיים וביולוגיים שאינם ספציפיים21,22,23. כאן, ניסיונות passivate הרקע אזורים גרמה cross-reaction עם קבוצות azlactone, להתפשר על פולימר תגובתיות. בהתחשב מגבלות אלו, אנו לאחרונה פיתח טכניקות תכנים מברשת (~ 90 ננומטר) או מאוד תפור (μm ~ 1-10) סרטים של PGMA -b- PVDMA לתוך רקעים אינרטי מבחינה כימית או ביולוגית באופן לגמרי השומרת את הכימיקל פונקציונליות של פולימר24. אלה הציגו שיטות לנצל parylene ההמראה, הרכבה מכוון ממשק (אידה) וטכניקות microcontact מותאם אישית ההדפסה (μCP). שיטות נסיוניות מפורטות מאוד עבור אלה גישות המתבנת, כמו גם הסרט קריטי אפיוני אתגרים, מגבלות הקשורות כל טכניקה מוצגים כאן בתבנית בכתב ווידאו.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. PGMA -b- PVDMA סינתזה20

  1. סינתזה של סוכן העברת PGMA שרשרת המאקרו (מאקרו-CTA)
    1. השתמש flask 250-mL סיבוב המדרגה התגובה המצוידים עם בר מצופה טפלון מערבבים מגנטי.
    2. לשלב 14.2 גר' glycidyl methacrylate GMA (142.18 g/mol) עם 490.8 מ"ג של dodecyl 2-cyano-2-propyl trithiocarbonate (CPDT) (346.63 g/mol), ו 87.7 מ"ג של 2, 2 ′-azobis (4-מתוקסי-2, 4-דימתיל valeronitrile) (V-70) (308.43 g/mol) (יחס טוחנת של CPDT: V-70 = 5:1), ו בנזן (100 מ"ל) לאוויר חינם סביב בתחתית הבקבוק.
    3. דגה את תערובת התגובה באמצעות ארגון ומערבבים למשך 30 דקות. לאחר מכן לשים את הפתרון באמבט שמן מבוקרי טמפרטורה ב 30 מעלות צלזיוס, להגיב על 18 h.
      הערה: המשקל המולקולרי ממוקד עבור המאקרו-CTA הוא 10,000 g/mol. 18 שעות היה נחוש בדעתו להיות הזמן הדרוש כדי להגיע סבירות המרה. צבעה של הפתרון פולימר הוא שקוף אור צהוב.
    4. לאחר 18 h, לסיים את התגובה על ידי השוקע הבקבוק העגול התחתון נוזלי N2.
    5. לזרז הפולימר על ידי מזיגת הפתרון אור צהוב של פולימר/בנזן (~ 100 מ"ל) לתוך 400 מיליליטר הקסאן.
    6. מערבבים התערובת במשך 5 דק התמיסה יוכרעו בתחתית כשהספל והחלים על-ידי סינון.
    7. יבש הלילה precipitate תחת ואקום. אז למהול אותו ב- 400 מ של tetrahydrofuran (THF). לזרז מחדש בהקסאן.
    8. יבש את התמיסה חדש שוב עם ארגון בן לילה.
      הערה: מאקרו-CTA היא אבקה צהובה. התשואה מוצר של התגובה יהיה ~ 43.8%. Mn של PGMA מאקרו-CTA הוא גרם/מול 7,990 עם polydispersity (PDI) של 1.506 (MW = g 12,030/mol).
  2. סינתזה של PGMA -b- PVDMA
    1. Fractionally לזקק את VDMA תחת לחץ מופחת, להזמין את השבר האמצעי (~ 70%) לשימוש.
      הערה: פעולה זו דרושה כדי להסיר הפילמור מעכב. המנגנון זיקוק מחובר לקו schlenk ב ופתח חותם שסתום אוויר היא חלקית לקו ואקום. חום מינימלי מיושמת באמצעות varistat מנטל חימום עד מונומר VDMA מתחילה זיקוק מעל בקצב של טיפה 1 לשניה.
    2. לשלב את 2-ויניל-4,4-דימתיל azlactone (VDMA) (139.15 g/mol) מונומר (10.436 גרם) עם PGMA-macroCTA (1.669 גרם), V-70 (14.5 מ ג; יחס טוחנת של PGMA-macroCTA: V-70 = 3:1), בנזן (75.0 מ"ל) ב- flask יחיד-צוואר 250-mL סיבוב המדרגה התגובה מצויד בר מצופה טפלון מערבבים מגנטי.
      הערה: משקל מולקולרי מידע, PVDMA: 139.15 g/mol, PGMA-macroCTA: 12,030 g/mol, בנזן: 78.11 גרם/מול.
    3. דגה את התערובת עם ארגון טוהר גבוהה ומערבבים במשך 30 דקות ולאחר מכן שים באמבטיה שמן ב 32 ° C עבור 18 h.
    4. לסיים את התגובה על ידי השוקע הבקבוק העגול התחתון נוזלי N2.
    5. לזרז את הפולימר שלוש פעמים לתוך הקסאן וזה יבש בטמפרטורת החדר תחת ואקום.
    6. לאפיין את משקל מולקולרי ואת PDI של המוצר באמצעות גודל אי-הכללה של כרומטוגרפיה (S) (ראה את הטבלה של חומרים) על פי הנוהל ב. Lokitz et al. 20. גודל אי-הכללה של כרומטוגרפיה (S) מצויד עם שלוש PLgel 5 מיקרומטר מעורב-C עמודות (300 x 7.5 מ"מ) בסדרה, גלאי מקדם שבירה (אורך גל = 880 ננומטר), גלאי מערך פוטודיודה, גלאי רב זווית פיזור אור (MALS) (אורך גל = 660 ננומטר), ו- a מד צמיגות (ראה את הטבלה של חומרים).
      הערה: כל ניסויים לבצע במוצר זה כתב היד בשימוש עם PGMA ו- PVDMA בלוק אורך 56 ו- 175, בהתאמה. המשקל המולקולרי של קופולימר block היה 37,620 g/mol, את PDI היה 1.16.

2. דור דפוסי Parylene סטנסיל על מצעים סיליקון

  1. ציפוי Parylene
    1. Sonicate סיליקון ב 50% אצטון wt. במים למשך 5 דקות ולאחריו sonication ב- 50% wt. מיתרים אלכוהול איזופרופיל (IPA) במים למשך 5 דקות.
    2. לשטוף סיליקון עם מים (DI) יונים ו בלואו יבש עם גז חנקן.
    3. להפקיד 80 nm ו 1 מיקרומטר עבה parylene N ב- 4 אינץ סיליקון באמצעות עם coater parylene (ראה טבלה של חומרים).
      הערה: מאפיינים את העובי של סרטים parylene באמצעות profilometer של פני השטח (ראה את הטבלה של חומרים).
      1. כיילו parylene עובי הסרט עם מסה דימר parylene עבור כל מערכת ציפוי parylene בודדים.
        הערה: במערכת הנוכחית, דימר parylene N ~ 80 מ"ג ו ~ 1000 מ"ג היה נדרש לקבל 80 ננומטר, עובי הסרט 1 מיקרומטר, בהתאמה (מבוסס על עקומת כיול שהושג).
      2. השתמש בהגדרות הבאות במהלך הפעולה של coater parylene: לחץ: 80 mTorr, משך: 1 h, טמפרטורה התנור: 690 ° C, טמפרטורה מכשיר אידוי: 160 ° C.
  2. פוטוליתוגרפיה
    1. אופים מוצרי קונדיטוריה בתנור ב 100 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות; אז תן ופלים לשבת עוד 3 דקות בטמפרטורת החדר.
      הערה: זמן ההמתנה נוספים משפר הדבקה של photoresist.
    2. להוסיף 2 מ של photoresist חיובי (ראה את הטבלה של חומרים) ונותנות במרכז וופל מצופה parylene. ספין מעיל של מוצרי קונדיטוריה ב 3000 סל ד ל 30 s.
      הערה: ספין ציפוי חייב להתבצע מתחת למכסה המנוע.
    3. . אני לא. 1 דקות, אופים וופל על פלטה חמה ב 105 מעלות צלזיוס במשך 1 דקה
    4. לטעון photomask מערכת יישור מסכת (ראה את הטבלה של חומרים). לחשוף ופלים לאור UV (λ = 325 ננומטר) 10 s עם מינון של mJ/cm 652.
    5. תן את מוצרי קונדיטוריה לשבת עוד 5 דקות בטמפרטורת החדר.
    6. לפתח מוצרי קונדיטוריה על ידי השוקע במפתח (ראה הטבלה של חומרים) פתרון עבור 2 דק לשטוף את ופלים עם מים יונים, ועל יבש אז עם N2. . לעשות את זה מתחת למכסה המנוע
      הערה: לאחר פיתוח, photoresist מופיע הוסר לחלוטין מתוך אזורים חשופים UV. השתמש במיקרוסקופ אופטי (ראה הטבלה של חומרים) כדי לאמת את מוצרי קונדיטוריה.
  3. איכול
    1. להשתמש בכלי איכול (RIE) יון תגובתי (ראה הטבלה של חומרים) לחרוט ופלים מפותחת עם חמצן פלזמה.
    2. להחיל שיעור זרימת החמצן של 50 ס מ /min3, בלחץ הקאמרית של 20 mTorr.
    3. עבור הסרט parylene עובי של 1 מיקרומטר, השתמש RF כוח של 50 W והכוח inductively בשילוב פלזמה (ICP) של 500 ואט עבור 100 s היתה להסיר את parylene חשוף מאזורים עם תבנית. התאים כדי parylene לחרוט בשיעור של 1.0-1.15 מיקרומטר/min.
    4. עבור עובי parylene של 80 ננומטר, להשתמש בכוח RF של 50 W והכוח של ICP של 200 W עבור 55 s כדי להסיר parylene חשוף מאזורים סולידיות. זה תואם את parylene לחרוט קצב של 570-620 nm/min.
      הערה: להסרת parylene יעיל, לקבוע את parylene לחרוט שיעור עבור כל מערכת ורי.
    5. בדוק סובסטרטים חרוט עם מיקרוסקופ אופטי. משטח סיליקון יופיע מבריק לאחר parylene מוסר לחלוטין אזורים חשופים.
    6. ודא לחרוט עומק באמצעות profilometer של פני השטח (ראה את הטבלה של חומרים).

3. Parylene ההמראה הליך

  1. הכנת תמיסות פולימר
    1. להמיס PGMA -b- PVDMA לתוך כלורופורם (1% wt.). כלורופורם צריך להיות נטול מים כדי למנוע הידרוליזה של קבוצות azlactone.
      הערה: כלורופורם הוא הממס המועדפת כי יש רמה גבוהה של מסיסות של הפולימר, ומאפשר יותר הפקדת שרשראות פולימריות יחיד לעומת אחרים ממיסים אורגניים25משטח אחיד.
  2. ניקוי סטנסילים parylene עם פלזמה מנקה
    1. להפעיל את הכוח פלזמה הראשי (ראה הטבלה של חומרים) מנקה ולשים על מצעים מצופים parylene לחדר נקי פלזמה.
    2. הפעל את משאבת ואקום ולאחר לפנות את האוויר בחדר עד מד הלחץ mTorr פחות מ-400.
    3. קצת לפתוח את השסתום מדידה ולאפשר באוויר כדי להיכנס פלזמה מנקה עד מד הלחץ מראה 800-1000 mTorr.
    4. בחר RF עם מצב Hi ולחשוף את סובסטרטים למשך 3 דקות.
    5. בסופו של תהליך, כבה את העוצמה RF ואת משאבת ואקום.
    6. הפלזמה מנקה ומסירים את סובסטרטים.
      הערה: לאחר ניקוי פלזמה, מראה פני השטח ההידרופיליה (איור 1B). זווית מגע של מים של סיליקון חשופות משטחים לפני ואחרי ניקוי פלזמה הם 27° ± 2° ו 0°, בהתאמה.
  3. ספין-ציפוי PGMA -b- PVDMA, חישול, sonication מעל סטנסילים parylene
    1. מיד ספין-קואט מצעים עם 100 µL של 1% wt. PGMA -b- PVDMA ב כלורופורם נטול מים ב 1500 סל ד, 15 s באמצעות עם coater ספין (ראה את הטבלה של חומרים).
      הערה: לבצע ספין-ציפוי בתוך 1-2 s של pipetting הפתרון פולימר כדי למזער את הסרט שאינו-אחידות הנגרמת על ידי אידוי מהיר כלורופורם.
    2. Anneal של סרטים פולימריים ב 110 מעלות צלזיוס בתנור ואקום (ראה את הטבלה של חומרים) עבור 18 h.
      הערה: חישול מאפשר הפרדה בין פולימר microphase מצורף משטח של גוש GMA משטח26.
      1. לאחר חישול, לאפיין את ציפוי פולימרי על ידי מדידת הזווית קשר של סובסטרטים. משטחים להציג זווית הקשר של 75° ± 1° (איור 1C)20.
    3. Sonicate של סובסטרטים ב- 20 מ של אצטון או כלורופורם 10 דקות להסיר את השכבה parylene ואת כל פולימר physisorbed.
      הערה: השתמש התנאים sonication הבאים: כוח אולטרה סוניק, 284 וואט; ההפעלה תדר, 40 קילו-הרץ (ראה את הטבלה של חומרים).
      הערה: Parylene אפשר גם לקלף את המצע על ידי החלת חתיכת דבק בקצה של המצע ואז למשוך משם את הקלטת27.
    4. אחסן את סובסטרטים תחת ואקום desiccator עד אפיון.

figure-protocol-1
איור 1: פנה מדידות זווית סיליקון שטופלו סובסטרטים. (א) חשופים סיליקון, (B) ניקיתי פלזמה סיליקון, סיליקון מצופים ספין (C) עם PGMA-b-PVDMA (לאחר חישול ו sonication ב כלורופורם). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

4. PGMA - הליך ההרכבה מכוון ממשק - PVDMA שלb

הערה: הליך זה יכול להתבצע על מצעים הכולל רקע אינרטי מבחינה כימית (סעיף 4.1) או רקע פעילים ביולוגית (סעיף 4.2), בהתאם ליישום.

  1. הכנת רקע אינרטי מבחינה כימית על מצעים סיליקון
    1. השתמש חמצן פלזמה מנקה כדי לנקות סיליקון חשופות (סעיף 3.2).
    2. פיפטה 100 µL של trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl) silane (TPS) על גבי צלחת פטרי ולמקם את סובסטרטים הסיליקון בפנים desiccator ואקום ליד הפטרי.
    3. החל ואקום (-750 טנדר של גוה של) עבור 1h לציון בתצהיר אדים כימיים (CVD).
      התראה: TPS הוא רעיל מאוד, תהליך CVD צריכה להתבצע בתוך ברדס fume.
      הערה: אחרי 1 h מציג המצע התנהגות הידרופובי. זווית הקשר של 109° ± 3° נמדד בדרך כלל לאחר תהליך CVD. העובי של הסרט TPS הוא 1.5 ± 0.5 ננומטר.
      הערה: TPS חוסם את התגובה של תחמוצת משטח תגובתי עם PGMA -b- PVDMA.
    4. מעיל של ופלים עם parylene (עובי 1 מיקרומטר). מבצעים פוטוליתוגרפיה יון תגובתי תצריב ליצירת דפוסים parylene (סעיף 2) ואת לחרוט משם השכבה TPS באזורים החשופים.
  2. הכנת רקע פוליאתילן גליקול (PEG) על הסיליקון סובסטרטים.
    1. השתמש פלזמה חמצן מנקה במשך 3 דקות כדי לנקות את הסיליקון חשופות מצעים (סעיף 3.2).
    2. בצע CVD של מיתאר עבור h 1 (סעיף 4.1.2).
    3. לטבול סובסטרטים לתוך פתרון wt/v 0.7% של Pluronic F-127 במים הנדסה גנטית למשך 18 h כדי ליצור שכבה פג על פני28,29.
      הערה: Pluronic מכיל בלוק פולימר תחמוצת פוליפרופילן הידרופובי (PPO) בין שתי שרשראות פג. הרחוב PPO מעגן הפולימר השטח TPS בזמן השלשלאות פג נחשפים פתרון28.
    4. לרחוץ ולשטוף את המצע במשך חמש דקות עם 100 מ של מים הנדסה גנטית.
    5. להפקיד 80 nm ו 1 מיקרומטר עבה parylene N ב- 4 אינץ סיליקון באמצעות עם coater parylene.
    6. מבצעים פוטוליתוגרפיה יון תגובתי תצריב ליצירת דפוסים parylene (סעיף 2).
  3. Sonication, ספין-ציפוי PGMA -b- PVDMA פולימר, חישול של מצעים
    1. Sonicate (TPS) אינרטי מבחינה כימית סובסטרטים (סעיף 4.1) או מצעים פג-פונקציונלי (סעיף 4.2) למשך 10 דקות בתוך אצטון כדי להסיר את שכבת parylene.
    2. ספין-קואט המצע sonicated עם 100 µL של 1% wt. PGMA -b- PVDMA ב כלורופורם נטול מים ב 1500 סל ד 15 s.
    3. Anneal של סרטים פולימריים ב 110 ° C תחת ואקום במשך 18 h.
    4. Sonicate של סובסטרטים אצטון או כלורופורם 10 דקות להסיר את physisorbed פולימר נוכח הרקע אזורים על פני השטח.
    5. אחסן את סובסטרטים desiccator ואקום עד שימוש נוסף.

5. התאמה אישית PGMA -b- PVDMA מיקרו-צור קשר הדפסה (μCP)

  1. ייצור חותמת PDMS
    1. לפברק המאסטרים סיליקון על פי נוהל סטנדרטי פוטוליתוגרפיה30. להשתמש בתהליך CVD (סעיף 4.1.2) להפקיד תוכנית-המיתאר אנטי דבק על גבי המאסטרים סיליקון.
      הערה: כייר סיליקון צריכים להיות מטופלים עם תוכנית-המיתאר בפעם הראשונה בשימוש, והוא מוחל מחדש לאחר שהשתמשו בה 5 - 10 פעמים.
    2. לבצע שיטות הדפס אבן רכה סטנדרטי עבור ייצור של בולים (PDMS מבשר אשפרה הסוכן יחס המוני 10:1)31.
      הערה: בולים השתמשו במחקר זה מורכב מערכים micropillar (קוטר = 5-50 מיקרומטר, גובה = 20 מיקרומטר).
    3. לגזור חותמת יחיד. לנקות את החותמת על ידי sonicating 10 דקות ב- HCl (1 מ'), 5 דקות בתוך אצטון, ואחריו 5 דקות אתנול.
    4. יבש את הבולים בתנור הסעה ב 80 מעלות צלזיוס במשך 20 דקות להסיר שאריות ממס אורגני.
  2. הדפסת Microcontact PGMA -b- PVDMA על גבי מצעים סיליקון
    1. הפקדת תוכנית-המיתאר על גבי המשטח של חותמות PDMS באמצעות תהליך CVD (סעיף 4.1.2).
      הערה: השכבה TPS משמש כדי למנוע צימוד של הפולימר השטח חותמת.
      הערה: מדידות זווית מגע ניתן לאפיין בולים לאחר TPS ספיחה, כפי שמוצג באיור 2 (שיבוץ A, B).
    2. להמיס את PGMA -b- PVDMA פולימר לתוך כלורופורם נטול מים-ריכוז של 0.25-1% wt.
    3. להטביע את הבולים לתוך מ של הפתרון פולימר למשך 3 דקות.
    4. פלזמה לנקות 2 × 2 ס מ סיליקון חשופות סובסטרטים למשך 3 דקות על השטח נקי עבור צימוד עם אבני PGMA (סעיף 3.2).
    5. להוציא את הבולים פולימר מצופה מהפתרון פולימר.
      הערה: יש להשתמש בולים עבור הדפסת בעוד הם עדיין רטוב, שכבה של פתרון קיים מעליהם.
    6. לשים חותמת בדיו ישירות על רפידת סיליקון.
    7. השימוש לי ידנית לעמוד (ראה את הטבלה של חומרים) (איור 3) להקיש את הבולים פולימר מצופה על גבי משטח סיליקון כדי לקדם דפוס העברה. מיד להחיל את החותמת על המצע (במרחק של 1-2 s) לאחר מוציא את הבולים מצופה פולימר מהפתרון.
      הערה: הן הסיליקון ניתן למקם חותמת PDMS על דו-צדדית קלטת גיבוי כדי למזער את PDMS דפורמציה חותמת בלחץ לא אחידה או גבוהה רקיעה32.
    8. להחיל קונפורמיים מגע בין חותמת בדיו-פולימר, רפידת סיליקון עבור מינימלית 1 השתמש הלחץ המשוערת של 75 גרם/ס"מ2(7.35 kPa) כדי ללחוץ.
    9. הפרד בעדינות את החותמת ממשטח הסיליקון.
    10. Anneal של סובסטרטים סיליקון המודפס מיד בתנור ואקום ב 110 מעלות צלזיוס במשך 18 h.
    11. Sonicate של סובסטרטים סיליקון המודפס אצטון או כלורופורם 10 דקות להסיר את כל הספוחה פיזית PGMA -b- PVDMA ויבש אז עם N2.
      1. לבצע ניתוח ואפיון משטח PDMS חותמת (לאחר שלב ההדפסה) וגם מודפס-סיליקון (לאחר חישול, sonication צעדים) כדי לוודא העברה מוצלחת של PGMA -b- PVDMA.
        הערה: על פני השטח profilometer, השתקפות הקלוש הכולל התמרת פורייה ספקטרוסקופית אינפרא אדום (ATR-FTIR) ניתוח יכול לשמש כדי לנתח את רפידת סיליקון מודפס ואת חותמת PDMS, בהתאמה.
    12. אחסן את סובסטרטים תחת ואקום desiccator עד אפיון.

figure-protocol-2
איור 2 : ATR-FTIR מידות עבור PDMS שטופלו בולים (שהבוטות היחסית). (שיבוץ A) צור קשר עם מדידות זווית חותמת PDMS חשופות. (שיבוץ B) זווית מגע מידות עבור תוכנית-המיתאר שטופלו PDMS חותמת. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

figure-protocol-3
איור 3: התקנה עבור μCP של PGMA -b- PVDMA פתרונות על גבי סיליקון סובסטרטים. ההליך כולל השימוש מכבש מקדחה ידנית (א) , (B) חותמת PDMS TPS-functionalized מצופה PGMA -b- PVDMA הפולימר, (ג) מסך פלזמה ניקה 2 × 2 ס מ רפידת סיליקון, ואת הסרט הדפסה דו-צידית (D) .

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מדידות זווית מגע יכול לשמש כדי להעריך את functionalization של סיליקון עם PGMA-b-PVDMA. איור 1 מציג את זווית מגע של המצע סיליקון במהלך השלבים עיבוד שונים. תכונת ההידרופיליה של המצע סיליקון פלזמה ניקה מוצג איור 1B. זווית מגע אחרי ספין פולימר ציפוי, חישול הוא 75° ± 1°(איור 1C) אשר עולה בקנה אחד עם הערכים שדווחו על-ידי. Lokitz et al. עבור PVDMA משטחים20

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מאמר זה מציג שלוש גישות תכנים PGMA -b- PVDMA, כל אחד עם ערכת שלו של היתרונות והחסרונות. השיטה ההמראה parylene היא שיטה רב-תכליתי עבור תכנים בלוק פולימרים שותף ב מיקרו לרזולוציה ננו, שימש כמסיכה לעדות אחרות המתבנת מערכות33,34,35. עקב הידבקות משטח חלשה יחסית שלה, הסטנסיל parylene וניתנים להסרה בקלות מהמשטח מאת sonication ב הממס לאחר ציפוי הפולימר לחשוף את האזורים רקע. הרקע אזורים מופיעים באופן עקבי נקי וחופשי של פולימר שי...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים אין לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מחקר זה נתמך על ידי אוניברסיטת מדינת קנזס. חלק של מחקר זה נערך במרכז עבור Nanophase חומרים מדעי, אשר ממומנת ב אוק רידג המעבדה הלאומית על ידי מדעי משתמש מתקני החלוקה, משרד בסיסי אנרגיה למדעים של משרד האנרגיה האמריקני.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
<חזק>חומר
אתנול, ≥ 99.5%Sigma-Aldrich
459844-HCL, 1.019 N in H2OFluka Analytical318949-Acetone
, ≥ 99.5%Sigma-Aldrich320110-Benzene
, ≥ 99.9%Sigma-Aldrich270709-
איזופרופנול, מגיב ACS, ≥ 99.5%Sigma-Aldrich190764
HexaneFisher ChemicalH292-4-Argon
Matheson Gas
G1901175-Tetrahydrofuran (THF), ≥ 99.9%Sigma-Aldrich
401757-Pluronic F-127Sigma-AldrichP2443-Polydimethyl
Siloxane (PDMS) Slygard 184Dow Corning4019862-טריכלורו
(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl) סילאן (TPS), 97%סיגמא-אולדריץ'448931זה רעיל. עבוד איתו מתחת למכסה המנוע
כלורופורם נטול מים, ≥ 99%סיגמא-אולדריץ'372978-חיובי
פוטו-רזיסט AZ1512MicroChemicalsAZ 1512נוזל אדום-ענבר, צפיפות 1.083 גרם/סמ"ק, שלב ציפוי ספין צריך להיעשות מתחת למכסה המנוע
מפתח AZ 300 MIFMicroChemicalsAZ300 MIFנוזל חסר צבע שקוף עם ריח אמין קל וצפיפות של 1 גרם/סמ"ק
1,2-ויניל-4,4- דימתיל אזלקטון (VDMA)Isochem צפון אמריקה, LLC
דודציל טריתיוקרבונט (CPDT)סיגמא-אולדריץ'723037-2,2
&פריים;-אזוביס (4מתוקסי-2,4-דימתיל ולרוניטריל) (V-70)Wako Specialty ChemicalsCAS מס' 15545-97-8, EINECS מס' 239-593-8-Parylene
Nמערכות ציפוי מיוחדות15B10004-
<חזק>שם<חזק>חברה<חזק>מספר קטלוגי<חזק>הערות
<חזק>ציוד
פרילן ציפוימערכות ציפוימיוחדות SCS Labcoater (PDS 2010)-
מערכת יישור מסכהNeutronix QuintelNXQ8000-
תחריט פלזמה חמצןOxford Instrumentsמערכת מעבדת פלזמה 100
משטח פרופילומטרVeecoDektak 150סוג הסריקה היה גבעה סטנדרטית. משך הסריקה ועוצמתה היו 120 שניות ו-1 מ"ג, בהתאמה.
מיקרוסקופ זקוף ברייטפילדתאגיד אולימפוסBX51-פלזמת
חמצן  מנקהHarrick PlasmaPDC-001-HP-מוחלש
השתקפות כוללת פורייה טרנספורמציה ספקטרוסקופיה אינפרא אדום (ATR-FTIR)Perkin ElmerATR-FTIR 100-מיקרוסקופ
כוח אטומי (AFM)PicoPlusPicoplus מיקרוסקופ כוח אטומיVeeco MLCT-E עם קבוע קפיץ של 0.5 N/m. מהירויות הסריקה נעו בין 0.25 ל-1 הרץ.
מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM)היטאצ'י מערכות מדע בע"מ, טוקיו, יפן-
תחנת עבודה לכלים סיבובייםDremelדגם 220-01-Spin
CoaterSmart CoaterSC100-תנור
ואקוםYamato Scientific Co.PCD-C6(5)000)-
כרומטוגרפיה של אי הכללת גודל (SEC)Waters Alliance 2695 מודול הפרדות720004547EN-אינדקס
שבירה (RI) גלאימיםדגם 2414-גלאי
מערך פוטודיודותווטרסדגם 2996,
גלאי פיזור אור רב זוויות (MALS) 716001286-טכנולוגייתWyatt miniDAWNTREOS II-Viscometer
Wyatt TechnologyViscostar-PLgel
5 ומיקרו; m עמודות C מעורבות (300 x 7.5 מ"מ)Agilent5 ומיקרו; m עמודות C
J. A. Woollamalpha-SEמודל קושי, שכבות PGMA ו-PVDMA היו מקדמי שבירה של 1.50 ו-1.52 ב-632 ננומטר
סוניקטור אולטרסאונדפישר סיינטיפיקטFS-110H-
VDMA-2-ציאנו-2-פרופיל מעורבות-אליפסומטר

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

PGMA b PVDMAParylene Lift offSpin Coating

מאמרים קשורים