Area selettiva Modifica della Silicon bagnabilità della superficie da impulsi laser UV irradiazione in ambiente liquido

L'obiettivo generale di questo esperimento è dimostrare la formazione di superfici sia idrofile che idrofobe sul silicone mediante irradiazione con laser a fluoruro di kripto e fluoruro di argon su campioni immersi in soluzioni diluite di perossido di idrogeno o metanolo. Questo metodo può contribuire a rispondere ad alcune domande fondamentali nel campo dell'interazione laser-semiconduttore riguardo alla modifica chimica selettiva dell'area superficiale del semiconduttore, che potrebbe risultare adatta per applicazioni di biosensing. Il vantaggio principale di questa tecnica è che può essere applicata per controllare in modo preciso la viabilità della superficie del silicio senza richiedere il vuoto.

Morfologia del semiconduttore. Abbiamo avuto per primi l'idea di questo metodo. Stiamo investigando un processo basato su laser U per la formazione selettiva di difetti superficiali utilizzati nella tecnologia.

Ora, poiché il mal mescolamento quantistico, la dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale poiché la formazione di bolle d'aria nella semplice camera e l'irradiazione con il fascio omogeneizzato del laser EXIM sono passaggi relativamente difficili. Per iniziare, utilizzare uno stilo di diamante per fendere una fettina di silicio drogato al fosforo di tipo terminale, con un lato lucidato, in campioni di 12 millimetri per 6 millimetri e spessi 380 micron. Successivamente, pulire i campioni risciacquandoli prima in acetone e poi in alcol isopropilico per cinque minuti ciascuno.

Successivamente, incidi i campioni in una soluzione di acido fluoridrico allo 0,9% per un minuto per rimuovere l'ossido iniziale, quindi risciacquali con acqua deionizzata e asciugali con un flusso di azoto ad alta purezza. Conserva i campioni preparati in un sacchetto riempito di azoto per limitare l'ossidazione; quando sei pronto per proseguire, posiziona i campioni in una camera alta 0,74 millimetri. Riempire la camera con una soluzione di perossido di idrogeno dallo 0,01 al 0,2% diluito in acqua o con metanolo DGA, quindi sigillare la camera con una finestra in silice fusa che presenta un'elevata trasmissione alla luce UV.

Assicurarsi che all'interno della camera non rimangano bolle d'aria. Irradiare il campione con un fascio omogeneizzato in soli due punti per ogni campione, aumentando il numero di impulsi da 100 a 600 a intervalli di 100 impulsi attraverso una maschera circolare dal diametro di quattro millimetri. Successivamente, irradiare i campioni nello stesso modo utilizzando una maschera a forma di foglia di acero.

Una volta terminato, risciacquare i campioni con acqua ionizzata e quindi asciugarli con una leggera corrente di azoto. Diluire i nanosfere coniugate con biotina e marcate con fluoresceina, di 40 nanometri di diametro, in PBS fino a una concentrazione di 1 × 10¹² particelle per millilitro, a temperatura ambiente. Successivamente, immergere i campioni irradiati con laser a fluoro di kripto in questa soluzione per due ore a temperatura ambiente. Poi, immergere i campioni irradiati in PBS per un minuto per eliminare dalla superficie eventuali nanosfere marcate con fluoresceina non legate.

Posizionare innanzitutto il campione su una superficie pulita e piana, formare una goccia alla punta della microsiringa e abbassarla lentamente fino a quando entra in contatto con la superficie del campione e si trasferisce su di essa. Utilizzando una telecamera CCD, acquisire e salvare le immagini del profilo della goccia d'acqua, misurando l'angolo di contatto in modo indipendente in ciascuno dei punti interessati dal laser. Successivamente, caricare le immagini in ImageJ e utilizzare il plugin di analisi delle gocce Drops Snake per stimare e calcolare la media dei valori degli angoli di contatto.

Iniziare trasformando le immagini in immagini in scala di grigi. Successivamente, delineare il contorno della goccia da sinistra a destra per inizializzare il serpente. Accettare la curva che collega questi nodi ed evolvere la curva premendo il pulsante serpente.

Ripetere questo processo per ogni goccia che è stata immagine. Calcolare il valore medio dell'angolo di contatto da quattro siti irradiati con laser su campioni diversi per eseguire la spettroscopia fotoelettronica a raggi X. Iniziare caricando i campioni nella camera a vuoto ed effettuando un vuoto di uno per dieci alla meno nove.

Quindi acquisire i dati della survey superficiale in modalità ad energia costante con un'energia di passaggio di 50 elettronvolt. Analizzare un'area di 220 micron per 220 micron utilizzando un'emissione di alluminio K alpha prodotta da un fascio elettronico con potenza di 150 watt. Successivamente, acquisire scansioni ad alta risoluzione dalla stessa area analizzata utilizzando un'energia di passaggio di 20 elettronvolt.

Elaborare infine gli spettri acquisiti con il software di quantificazione appropriato seguendo le specifiche del produttore. Questi risultati dell'angolo di contatto sono stati ottenuti dopo un'esposizione media di 10 minuti a soluzioni di perossido di idrogeno. L'angolo di contatto diminuisce all'aumentare del numero di impulsi per tutte le diverse concentrazioni di perossido.

L'angolo di contatto minimo di circa 15 gradi è stato ottenuto utilizzando sia la soluzione di perossido di idrogeno allo 0,02% che quella allo 0,01% a 500 impulsi. I dati della spettroscopia fotoelettronica a raggi X mostrano che le quantità di biossido di silicio e di idrossido di silicio nell'area irradiata da un laser a fluoruro di kripto sono maggiori rispetto alle aree non irradiate. Poiché le superfici ricoperte di biossido di silicio presentano un angolo di contatto minimo compreso tra 45 e 50 gradi e gli strati di idrossido di silicio hanno un angolo di contatto minimo di 13 gradi, è molto probabile che il monostato superidrofilo di idrossido di silicio sia responsabile della riduzione dell'angolo di contatto nei campioni irradiati.

Dato che le nanosfere fluorescenti rivestite di biotina si immobilizzano preferenzialmente su superfici di silicone idrofobiche non irradiate, il motivo a forma di foglia di acero osservato sullo sfondo verde indica l'area di una superficie fortemente idrofila realizzata mediante il laser a KRF. Nel seguire questa procedura, è importante ricordare di minimizzare l'ossidazione dovuta all'esposizione all'aria e ridurre la formazione di bolle durante l'irraggiamento laser. Potrebbero essere inoltre esplorati altri metodi, ad esempio l'uso di lampade a UV, per superfici chimicamente modificate con capacità di interazione con i materiali.

Il potenziale vantaggio di questo metodo risiede nella capacità di trasformare una superficie in silicone da idrofoba a idrofila e viceversa senza rimuovere il campione dalla camera di lavorazione. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere completata in circa 30 minuti, a seconda della complessità del modello per la modifica selettiva dell'aria. Al termine della visione di questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come utilizzare la luce uuv di un laser eczema per controllare le proprietà di una superficie in silicone in aree selezionate.

Ricordare che lavorare con la luce UV può essere estremamente pericoloso e che è sempre necessario indossare dispositivi di protezione UV durante l'esecuzione di questa procedura. Inoltre, lavorare con l'acido fluoridrico è pericoloso e richiede l'uso di guanti di gomma e protezioni per il viso.