Functionalization לליתוגרפיות רך אוקסיד ללא דפוסים סיליקון גרמניום

פרוטוקול זה מראה כיצד לעצב סיליקון נטול תחמוצת בגרמניום עם חד-שכבות אורגניות תגובתיות באמצעות פרוטוקול הדפסה יעיל ביותר ופשוט מבחינה תפעולית. מודגמת גם פונקציונליזציה סלקטיבית של מצעי הדפוס עם מולקולות קטנות וחלבונים כאחד. השלב הראשון של הפרוטוקול הוא שינוי קוולנטי של מצעי סיליקון או גרמניום עם שכבה חד-שכבתית אורגנית ראשונית יציבה ביותר.

זה מגן על הממשק האורגני האנאורגני הבסיסי מפני פירוק תגובתי ונזק חמצוני. שכבת העל של אסתר המקושרת קוולנטית בהידרוקסי סמיד נוצרת כדי לספק פונקציות הידרוליטיות ותגובתיות סמויות כשלב שני, המצעים הדו-שכבתיים האחידים של NHS ששונו מעוצבים על ידי הדפסת מיקרו מגע קטליטית באמצעות מגע חותמת אלסטומרית שונה בחומצה סול עם החותמת הידרוליזה של קבוצות NHS, ובכך יוצרים דפוסים של חומצות קרבוקסיליות מופעלות וחופשיות של NHS מובחנות מבחינה כימית. לאחר מכן, מצעי הדפוס מתפקדים עם מולקולות אורגניות קטנות וחלבונים.

שלב זה הושלם על ידי תיקון NI Trello. חומצה טרי אצטית סיימה קישורים פונקציונליים הטרו לאזורים המתפקדים של NHS ושנית, על ידי הצמדה סלקטיבית של חלבון פלואורסצנטי ירוק מתויג היסטמין. הגישה מניבה תוצאות מצוינות עם דפוסים של עוצמת פלואורסצנטיות דיפרנציאלית הברורות למדי בדפוס שלמות יציב להפליא לאחר שינויים מרובים במשטח.

אז היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני השיטות הקיימות הוא הדיוק. התבנית נשלטת באמת על ידי הדיוק של החותמת עצמה בניגוד לדיפוזיה. הפרויקט התחיל במקור מהרעיון שטכניקות דפוס המסתמכות על תגובה קטליטית בניגוד לתצהיר פשוט חייבות להיות בעלות יתרונות רבים.

ראשית, הזרזים אינם נצרכים בתגובה וניתן לעשות בהם שימוש חוזר מספר פעמים. בניגוד להדפסה או תצהיר מסורתיים שבהם אתה צריך כל הזמן לספק חומרי דפוס חדשים. בעבודה המוקדמת שלנו, למעשה קשרנו מולקולת זרז לקצה A FM, ואז אנחנו מסממים אותה לאורך פני השטח בתהליך סדרתי כמו כלי מכונה לתבנית.

אבל החותמת האלסטומרית הייתה הרחבה הגיונית ליישומי ייצור מקבילים מוכנים. אחד ההיבטים החשובים ביותר של הפרוטוקול הוא השימוש במערכת המולקולרית הדו-שכבתית. המערכת מאפשרת לנו גם לאכול וגם לתפקד מצעים נטולי תחמוצת ואורגניים.

באופן אידיאלי, ה-Sam הראשוני הראשוני צריך להשיג סיום מוחלט של כל האטומים החשופים על פני השטח וליצור מערכת מולקולרית ארוזה היטב, שיכולה להגן על פני השטח מפני חמצון ופירוק כאחד. שכבת העל המשנית צריכה להכיל קבוצות פונקציונליות סופיות, אותן ניתן לשנות עוד יותר עם טרנספורמציות כימיות נוספות. המגבלות המשמעותיות לרזולוציה של הדפסת מיקרו מגע מסורתית הן דיפוזיה של התבנית והמולקולות.

השיטות שלנו מאפשרות תגובה כימית בין זרז המגויס כיום על גבעול לבין מצע המחובר לסיליקון או גרמניום. בגלל תכונות אלה, הטכניקה שלנו מנסה שכפול של תכונות קטנות מאוד בגודל 100 ננומטר יותר. או מכיוון שהשיטה יוצרת דפוסים כימיים, ניתן לתפקד אותם באמצעות תגובות ספציפיות עם מולקולות ביולוגיות ואורגניות שונות.

הליך זה דורש שימוש במספר כימיקלים מסוכנים, כגון חומצה הידרופלואורית, תמיסת שבב ננו ופנטה כלוריד זרחני. כאשר עובדים עם ריאגנטים אלה, חשוב ללבוש את ביגוד המגן המתאים ולעבוד בסביבה מאווררת היטב. החלק המאתגר ביותר בפרוטוקול זה הוא להעביר במהירות את המשטחים הכלוריים לתמיסה הירוקה.

על מנת למנוע רפורמה של שכבת התחמוצת, התחל בהכנת פרוסת סיליקון 11. חותכים אותו למצעים מרובעים של סנטימטר אחד, מפזרים את המצעים ושוטפים אותם במים ואתנול מסונן. לאחר מכן, הסר כל זיהום אורגני על ידי טבילת מצעי הסיליקון בכלי זכוכית המכיל ננוס.

תמיסת רצועה מחוממת ל 75 מעלות צלזיוס. יש להמתין 15 דקות ולאחר מכן לשטוף. נקה כל מצע במים מסוננים דה-יונים.

תן לכל מצע אמבטיה של חמש דקות בתמיסה של 5% HF כדי להסיר את שכבת התחמוצת המקורית ולאחר מכן יבש את הסיליקון נטול התחמוצת עם חנקן. כדי לייצר מצע כלור, טבלו מיד כל פיסת סיליקון נטולת תחמוצת בבקבוקון נצנוץ המכיל שני מיליליטר של זרחן רווי פנטה כלוריד בכלורו בנזן. לאחר השלמת התגובה.

תנו לבקבוקונים להתקרר בטמפרטורת החדר. שוטפים כל משטח בכלורו בנזן ומייבשים תחת חנקן מסונן. לאחר מכן, הנח כל משטח סיליקון כלורי בבקבוקון לחץ המכיל ארבעה מיליליטר פרופנול מגנזיום כלוריד.

דגרו את בקבוקוני הלחץ בטמפרטורה של 130 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות. לאחר שבקבוקוני הלחץ התקררו לטמפרטורת החדר, שטפו כל משטח במהירות עם כלורו מתאן ואתנול וייבשו תחת חנקן מסונן כמו הכנת מצע סיליקון. חותכים פרוסת גרמניום לריבועים של סנטימטר אחד ומאבקים ושוטפים במים ואתנול מסונן עם גרמניום.

הסר מזהמים אורגניים על ידי טבילת המצעים בכלי אצטון למשך 20 דקות. לאחר מכן טבלו אותם בתמיסת HCL של 10% למשך 15 דקות. יבש את המצעים בחנקן והניח כל משטח כלור בבקבוקון לחץ המכיל ארבעה מיליליטר מגנזיום כלוריד אוקטלי.

דגרו את הבקבוקונים בטמפרטורה של 130 מעלות צלזיוס למשך 48 שעות. לאחר הדגירה, הניחו לבקבוקונים להתקרר לטמפרטורת החדר ושטפו במהירות כל רקיק עם די כלורו מתאן ואתנול. יבש את הוופלים תחת חנקן מסונן.

התחל בהזרמת כמה טיפות של תמיסת NHS Diaz על המתיל שהסתיים. אפשר לתמיסה להתפשט על פני כל המשטח. הניחו את המשטחים מתחת למנורת UV למשך 30 דקות.

לאחר מכן הוסיפו עוד טיפות של NHS Diaz לפני השטח ותנו לתגובה להמשיך. למשך 30 דקות נוספות. שטפו את המשטחים שעברו שינוי ב-NHS עם די כלורו מתאן ואתנול, וייבשו אותם תחת חנקן מסונן.

לאחר מכן המשך בתפקוד המולקולות הקטנות. לבסוף, נתח את המשטחים על ידי XPS כדי לקבוע את הרכב היסודות. התחל את הכנת החותמת על ידי ערבוב גידול נתרן קפטו אתאן סולפונאט ל-10 מיליליטר של ארבע תמיסות HCL רגילות בדיוקסן.

מערבבים את התמיסה בטמפרטורת החדר למשך שתי דקות מהתמיסה. סנן את הנתרן הכלורי דרך מסנן זכוכית עדין, ולאחר מכן דרך מסנן מזרק ממברנה PTFE 0.2 מיקרון. כעת קח את התמיסה הברורה של חומצה פונית של גידול קפטו אתאן בדיוקסאן והתאדה מהדיוקסאן בלחץ מופחת.

מגיבים את חומצת הסול המתקבלת עם שני מיליליטר פוליאוריטן אקרילט, תערובת טרום פולימרית בטמפרטורת החדר, ואז בוואקום בטמפרטורה של 50 מעלות צלזיוס. הקפד לשחרר לחלוטין את התערובת מעיבוד כלוא כדי להבטיח פילמור מוצלח של תערובת טרום פולימרית. חשוב לא להתחמם כשמגיבים איתי.

CAPTA אטן חומצה פונית, וכאשר החמצון על הוואקום, בזמן שהתמיסה צמיגה, שפכו אותה על מאסטר הסיליקון של התבנית וכסו בשקופית זכוכית שטוחה עטופה בפרפורם. לאחר מכן רפאו את העובש על ידי חשיפתו לאור UV. לאחר פילמור, הסר את שקופית הזכוכית וסרט הפרה וקילף בזהירות את החותמת מהמאסטר, חתוך את החותמת לגודל המתאים ושטוף אותה באתנול ומים.

ואז יבש אותו עם חנקן מסונן. להלן השלב החשוב ביותר בפרוטוקול. הנח את החותמת על גבי המצע השונה של NHS ללא עומס חיצוני שיחזיק אותם יחד.

אין לשלוח את ה-stamp או להפעיל לחץ רב מדי. המתן דקה אחת, ואז שטוף את המצע והחתים במי אתנול ולאחר מכן שוב אתנול, ולאחר מכן ייבוש תחת חנקן מסונן. אחסן את החותמות בטמפרטורת החדר כדי לנתח את התבנית המיוצרת.

השתמש במיקרוסקופ כוח אטומי רוחבי במצב מגע ובמיקרוסקופ אלקטרונים סורק. בשלב זה, אנו מגייסים GFP למשטח הסיליקון של התבנית. אנו מתחילים תחילה בשינוי האסטר המופעל עם נגזרת NTA, ולאחר מכן משתקים את חלבון תג ה-HIIN לפני השטח באמצעות כלציה של ניקל.

חשוב בשלב זה לשמור על ביומולקולה מעניינת בטמפרטורה המתאימה כדי למנוע פירוק לא רצוי. כדי להצמיד חלבונים לתבנית ה-NHS, למצע דו-פונקציונלי, טבלו אותו בתמיסה של ליזין, חומצה דיא אתטית וטריאתילאמין. לאחר שעה יש לשטוף את המצעים במים ואחריהם אתנול.

כעת דגרו את המצעים למשך חמש דקות בתמיסת כלאט של ניקל גופרתי. לאחר מכן, שטפו את המצעים במים ובמאגר מחייב, ולאחר מכן טבלו אותם באמבט של תמיסת GFP קרה כקרח. כעבור שעה יש לשטוף את המצעים באותו מאגר מחייב, ואחריו שטיפה ב- PBS.

לאחר מכן אחסן את המצעים ב-PBS באפס מעלות צלזיוס לפני הניתוח. לבסוף נתח את המשטחים על ידי מיקרוסקופיה פלואורסצנטית כדי לדמיין אזורים שהשתנו ב-GFP. דפוס ננו ליטוגרפי רך B שימש ליצירת דפוסים סלקטיביים כימותרפיים על סיליקון נטול תחמוצת, ועל גרמניום, התגובה בין המצע הפונקציונלי של NHS בחותמת התבנית הקטליטית מובילה להידרוליזה של חלקיקי NHS באזורים של מגע אישור, ומניבה דפוס על ידי אזורים נושאי מצע פונקציונליים של חומצות קרבוקסיליות מופעלות וחופשיות של NHS.

בשל האופי נטול הדיפוזיה של השיטה, הרזולוציה קרובה לזו של פוטוליתוגרפיה כפי שניתן לראות בתכונות של 125 ננומטר. תכונות אלה שוחזרו באופן אחיד על פני כל פני מצע הסיליקון. מידות התכונות המודפסות היו זהות לאלה שבמאסטר הסיליקון המקביל ובחותמת הקטליטית.

למרבה הפלא, ניתן לעשות שימוש חוזר בחותמת הקטליטית מספר פעמים מבלי לאבד את היעילות. פונקציונליזציה סלקטיבית של כימותרפיה של מוליכים למחצה דפוסים הושגה על ידי ניצול התגובתיות הדיפרנציאלית של חומצות קרבוקסיליות מופעלות וחופשיות. ראשית, קישורים הטרו-פונקציונליים עם סיום חומצת נילו טרייס הודבקו לאזורים המתפקדים של ה-NHS ולאחר מכן שימשו למשטח דפוס ה-NHS שנוצר כתבנית להצמדה סלקטיבית של דפוס היסטמין היסטמין משושה G-F-P-N-H-S.

הסיליקון עבר כימותרפיה עם מולקולות חלבון. באמצעות גישה זו במיקרוסקופיה פלואורסצנטית, היה הבדל עוצמה ברור בין אזורי חומצה קרבוקסילית חופשית שעברו שינוי GFP והידרוליזה. הגודל והצורה של המאפיינים המשוכפלים עקביים בין משטחים בדוגמת NHS ו-GFP, מה שמאשר את היציבות המדהימה של משטחים פסיביים בפחמן ואת הסלקטיביות של גישת ההטבעה.

הפרוטוקול המוצג הוא סוג של דיו, פחות הדפסת מיקרו מגע שניתן ליישם באופן אוניברסלי על כל מצע המסוגל לתמוך בשכבות חד-שכבתיות פשוטות ומסודרות היטב. מכיוון שהתהליך אינו מסתמך על העברת דיו מהחותמת למשטח. מגבלת הרזולוציה הדיפוזית של הדפסת מיקרו מגע מסורתית ותגובתית מתבטלת.

התרת ייצור שגרתי של עצמים בקנה מידה ננומטרי. שילוב של מערכת מולקולרית ראשונית ומסודרת מאוד מספק הגנה מלאה על המוליך למחצה הבסיסי מפני נזקי חמצון. היווצרות פטנטים סלקטיביים של המל"ג מספקת נקודות חיבור מיוחדות למגוון מולקולות ביולוגיות ואורגניות.

על ידי שימוש בפעילויות שונות של מארזי carc חופשיים ומופעלים, הצלחנו לגייס חלבונים שלמים על הדפוסים שנוצרו. עם זאת, שיטה זו אינה מוגבלת לחלבונים שלמים, וניתן להשתמש בה כדי לשתק ביומולקולות אחרות כגון DNA ונוגדנים. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לשנות סיליקון פסיבי או גרמניום עם מערכת מולקולרית ודפוס קטלי.

ה-NHS שינה את המצעים. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור לעבוד בסביבה נקייה ונטולת אבק. כמו כן, חשוב לנקוט באמצעי הזהירות הדרושים בעת עבודה עם חומרים מסוכנים כגון HF וננו. להתפשט.