Fabbricazione di superfici reattive con spazzola e film reticolato di co-polimeri funzionalizzati Azlactone blocco
30 giugno 2018
Metodi di fabbricazione di superficie per fantasia deposizione di nanometro spessa spazzole o micron di spessore, film reticolato di un copolimero del blocco di azlactone sono segnalati. Fasi critiche sperimentale, risultati rappresentativi e le limitazioni di ciascun metodo sono discussi. Questi metodi sono utili per la creazione di interfacce funzionali con caratteristiche fisiche su misura e reattività di superficie sintonizzabile.
Questi metodi presentati utilizzano l'assemblaggio diretto dell'interfaccia di sollevamento del parylene e tecniche di stampa a microcontatto personalizzate. I metodi sono progettati per fornire un'elevata uniformità e controllo sullo spessore del polimero del modello. Questi metodi sono progettati anche per depositare film di PVDMA a blocchi di PGMA preservando completamente la versatile funzionalità dell'azlattone, poiché i gruppi azlattone possono accoppiarsi rapidamente con i nucleofili nelle reazioni di addizione di apertura dell'anello.
I film polimerici a base di azlattone sono utilizzati in molte diverse applicazioni ambientali e biologiche, tra cui la cattura di analiti, la coltura cellulare e i rivestimenti antivegetativi e antiadesivi. Per iniziare la procedura, preparare cinque millilitri di una soluzione all'uno per cento in peso di PGMA b PVDMA in cloroformio anidro. Quindi, accendi un pulitore al plasma di ossigeno e posiziona un substrato di silicio di due centimetri per due centimetri modellato con uno strato di parylene N spesso 80 nanometri o uno spesso un nanometro nella camera.
Pompare la camera a una pressione del vacuometro inferiore a 400 milli torr. Aprire leggermente la valvola dosatrice e consentire all'aria di entrare nella camera. Attendere che la pressione relativa raggiunga da 800 a 1000 milli torr.
Impostare il pulitore al plasma su un'elevata potenza RF, ad esempio 30 watt, e trattare il substrato con plasma per tre minuti. Al termine, spegnere l'alimentazione RF nella pompa del vuoto. Entro 10 minuti dal termine della pulizia al plasma, fissare il substrato trattato al plasma su un mandrino per centrifuga.
Impostare la centrifuga in modo che funzioni a 1, 500 giri/min per 15 secondi. Quindi, applicare 100 microlitri della soluzione PVDMA a blocchi PGMA sul substrato e iniziare a rivestire il substrato entro uno o due secondi dall'applicazione della soluzione. Ricuocere la pellicola in un forno sottovuoto a un'atmosfera sottovuoto e 110 gradi Celsius per 18 ore.
Lasciare raffreddare il campione all'aria ambiente. Infine, sonicare il campione per 10 minuti in 20 millilitri di acetone o cloroformio per rimuovere il parylene. Asciugare il substrato sotto un getto di azoto gassoso prima di riporlo.
Per iniziare a preparare un substrato di silicio chimicamente o biologicamente inerte, pulire al plasma un substrato di silicio nudo per tre minuti come descritto in precedenza. Quindi, in una cappa aspirante, pipettare 100 microlitri di TPS in una capsula di Petri. Posizionare il substrato trattato al plasma nella capsula di TPS in un essiccatore sottovuoto entro cinque-dieci minuti dal termine della pulizia al plasma.
Evacuare l'essiccatore a 750 torr di vuoto per iniziare la deposizione di TPS. Lasciare depositare il TPS sul substrato per un'ora per ottenere un substrato chimicamente inerte. Se si prepara un substrato biologicamente inerte, immergere il substrato silionato in una soluzione peso/volume del sette percento zero di poloxamer 407 in acqua ultrapura per 18 ore per generare uno strato PEG sul substrato rivestito in TPS.
Successivamente, sciacquare il substrato biologicamente inerte con 30 millilitri di acqua ultra pura tre volte nel corso di cinque minuti. Quindi, modellare il substrato chimicamente o biologicamente inerte con un fotoresist positivo e incidere le aree esposte sulla superficie del silicio. Quindi sonicare il campione in acetone per 10 minuti per rimuovere lo strato di parilene.
Asciugare il campione sotto azoto gassoso. Fissare il substrato su un mandrino per centrifuga e impostare la centrifuga su 1, 500 giri/min per 15 secondi. Applicare 100 microlitri di PGMA block PVDMA all'uno per cento in peso in cloroformio anidro sul substrato e iniziare la centrifuga entro uno o due secondi dall'applicazione.
Ricuocere il film polimerico risultante in un forno sottovuoto a un'atmosfera di vuoto e 110 gradi Celsius per 18 ore. Rimuovere i polimeri assorbiti dalle regioni di fondo con 10 minuti di sonicazione in acetone o cloroformio. Successivamente asciugare il campione sotto azoto gassoso.
Per iniziare il processo di stampa a microcontatto, silionizzare un master di silicio per array di micropilastri con TPS. Quindi, mescolare insieme da 40 a 50 grammi di base PDMS in un rapporto di dieci a uno. Utilizzare la litografia morbida per modellare una lastra di PDMS con array di micropilastri.
Taglia un timbro uno virgola cinque per uno virgola cinque centimetri dalla lastra. Pulisci e asciuga il timbro e silonizza il timbro con TPS. Quindi, applicare del nastro biadesivo sul palco di un supporto per trapano a colonna.
Quindi, preparare cinque millilitri di una soluzione in peso di PGMA in blocco PVDMA in cloroformio anidro. Immergere il timbro silionato in questa soluzione per almeno tre minuti. Trattare prontamente al plasma un substrato di silicio nudo di due centimetri per due centimetri per tre minuti.
Entro cinque minuti dal termine della pulizia al plasma, rimuovere il timbro dalla soluzione polimerica. Quindi, portare il substrato e il timbro sul supporto del trapano a colonna. Posizionare il substrato e il timbro sul nastro biadesivo sul palco con il substrato sul fondo.
Applicare il contatto conforme tra il timbro e il substrato con una pressione stimata di 75 grammi di forza per centimetro quadrato, o sette virgola tre cinque kilopascal per un minuto. Quindi, rilasciare con cautela la pressione e separare delicatamente il timbro dal substrato di silicone a mano. Entro cinque minuti dalla separazione, ricuocere il substrato stampato nel forno sottovuoto per 18 ore a 110 gradi Celsius.
Infine, sonicare il substrato stampato in acetone o cloroformio per dieci minuti per rimuovere il blocco PGMA assorbito dal fisico PVDMA. Asciugare il substrato stampato con azoto gassoso e conservarlo nell'essiccatore sottovuoto fino al momento della caratterizzazione. La tecnica di decollo del parylene ha prodotto strutture a spazzola di PVDMA a blocchi PGMA corrispondenti a uno spessore del film polimerico di circa 90 nanometri.
La ricottura era essenziale per la tecnica poiché la sonicazione e il cloroformio rimuovevano la maggior parte del polimero non ricotto. Gli stencil in parylene spessi 80 nanometri hanno mostrato una maggiore uniformità del film rispetto agli stencil spessi un micron su substrati di silicio nudo. L'assemblaggio diretto all'interfaccia su substrati chimicamente o biologicamente inerti ha prodotto strutture spesse da 90 a 100 nanometri senza i difetti di bordo osservati nel metodo di decollo del parylene.
La micro stampa a contatto ha prodotto film polimerici altamente reticolati, spessi da tre a nove micron, utilizzando diverse concentrazioni del polimero. Oltre a trattare il substrato con TPS e plasma di ossigeno, la ricottura era essenziale per questa tecnica, poiché sono stati osservati danni significativi ai film non ricotti dopo la sonicazione. La funzionalità dell'azlattone è stata preservata dalla stampa a microcontatto, come indicato dalla vibrazione di allungamento del carbonile a 1818 centimetri reciproci.
Lastampa a microcontatto ha inoltre permesso di controllare lo spessore del film variando la concentrazione della soluzione PVDMA a blocchi PGMA utilizzata per inchiostrare il timbro. Qui abbiamo dimostrato che la procedura di decollo del parylene è un metodo versatile per modellare i polimeri dei fori a blocchi alla risoluzione del microscopio. Il fattore cruciale che ha influenzato l'uniformità del film è stato lo spessore dello stencil in parylene.
Il metodo di patterning dell'assemblaggio diretto all'interfaccia utilizza stencil di parylene per generare pattern di ossido che guidano l'autoassemblaggio dei polimeri PVDMA a blocchi PGMA su superfici chimicamente o biologicamente inerti. Il protocollo di stampa a microcontatto personalizzato qui presentato genera fondamentalmente un polimero PVDMA a blocchi PGMA più spesso, fornendo un rapporto superficie-volume maggiore che può migliorare il carico di analiti chimici o biologici nell'applicazione di cattura, migliorare l'attaccamento cellulare, la vitalità e la proliferazione nelle applicazioni di coltura cellulare. I metodi e i risultati qui presentati descrivono molteplici approcci che generano interfacce di pattern con il polimero PVDMA a blocchi PGMA.
I metodi possono essere impiegati per creare superfici con struttura a pennello o reticolata di questo polimero a seconda delle applicazioni.
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Panoramica
Questo articolo descrive metodi di fabbricazione superficiale per la deposizione selettiva di copolimeri a blocchi azlactone. I metodi discussi includono l'assemblaggio diretto mediante interfaccia di sollevamento del parilene e tecniche personalizzate di stampa microcontatto, che permettono un'elevata uniformità e un controllo preciso dello spessore del polimero.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Realizzazione di superfici
- Chimica dei polimeri
- Interfacce funzionali
Sfondo
- I film polimerici a base di azlactone hanno svariate applicazioni.
- Sono utilizzati in contesti ambientali e biologici.
- Questi film possono catturare analiti e trovare impiego nella coltura cellulare.
- Forniscono inoltre rivestimenti anti-accumulo e antiaderenti.
Scopo dello studio
- Sviluppare metodi per creare interfacce funzionali.
- Modulare le caratteristiche fisiche e la reattività della superficie.
- Preservare la funzionalità dell'azlactone durante il deposito del film.
Metodi Utilizzati
- Preparazione di una soluzione di PGMA-b-PVDMA in cloroformio.
- Utilizzo di un pulitore a plasma di ossigeno per la preparazione del substrato.
- Definizione di schemi su substrati di silicio mediante strati di parilene.
- Applicazione di tecniche di microstampa per contatto.
Risultati principali
- Dimostrata elevata uniformità nello spessore del polimero.
- Preservata con successo la funzionalità dell'azlactone.
- Mostrata la versatilità nelle applicazioni dei film.
- Identificate le limitazioni e i passaggi sperimentali critici.
Conclusioni
- I metodi sono efficaci per creare interfacce funzionali personalizzate.
- Permettono di controllare la reattività superficiale e le caratteristiche fisiche.
- Le applicazioni future possono estendersi a diversi campi biologici.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Contenuto
Questo lavoro permette un'impronta superficiale precisa di polimeri funzionalizzati con azlactone per creare interfacce chimicamente o biologicamente funzionalizzate. La capacità di preservare la reattività dell'azlactone durante il deposito supporta la successiva coniugazione con biomolecole o molecole di piccole dimensioni nella scoperta di farmaci e nello sviluppo di saggi. Questi metodi offrono una via per generare reattività e topografia superficiale regolabili per applicazioni di validazione del bersaglio e di screening fenotipico.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo di Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Consente l'interrogazione di ipotesi terapeutiche mediante la presentazione controllata di ligandi o agenti di cattura su modelli superficiali definiti.
- Valore operativo: Favorisce la riduzione del rischio biologico permettendo una variazione sistematica della chimica superficiale per valutare l'interazione con il bersaglio o la modulazione del percorso.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Prepara superfici biologiche o chimicamente inerti, validate, per l'immobilizzazione successiva di recettori, anticorpi o analiti in formati di saggio.
- Valore operativo: Migliora la standardizzazione e la riproducibilità del saggio grazie a uno spessore del film uniforme e alla preservazione della funzionalità dell'azlactone, garantendo un'efficienza di accoppiamento costante.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Facilita la modellizzazione di sistemi pertinenti alle malattie consentendo la presentazione di biomolecole in schemi spazialmente controllati per studiare le risposte cellulari o l'organizzazione simile a tessuti.
- Valore operativo: Supporta la fiducia predittiva nella continuità preclinica fornendo superfici con reattività regolabile per studi longitudinali sugli effetti dei composti.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si colloca nella fase iniziale della scoperta per la validazione del bersaglio e la preparazione del saggio, consentendo il passaggio all'identificazione del composto attivo mediante letture affidabili basate su superfici solide.
- Biologia della Scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi e la chiarificazione dei percorsi attraverso la presentazione controllata di ligandi su superfici strutturate.
- Screening: Fornisce piattaforme pronte per saggi con output quantitativi, sfruttando la reattività conservata dell'azlactone per il fissaggio o il rilevamento standardizzati.
- Analisi: Consente il confronto tra condizioni mediante modifiche superficiali misurabili e l'efficienza di cattura come letture funzionali.
- Ricerca Translazionale: Collega la scoperta al lavoro preclinico attraverso fondi biomolecolari repulsivi o inerti che migliorano la specificità nei saggi cellulari.
- Riutilizzo Aziendale: Rappresenta una capacità riutilizzabile di fabbricazione di superfici applicabile a diversi target e formati di saggio all'interno di cascami di screening.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Maggiore affidabilità predittiva nella validazione degli obiettivi grazie alla riduzione dell'ambiguità meccanicistica nelle interazioni su superficie.
- Valore operativo: Standardizzazione, riproducibilità e scalabilità della preparazione delle superfici per applicazioni ad alto rendimento.
- Valore strategico: Decisioni più accurate sul proseguimento o l'interruzione dei progetti, basate su una valutazione affidabile dell'interazione con l'obiettivo e della modulazione del percorso biologico.
- Impatto sul portafoglio: Prioritizzazione corretta rispetto ai rischi, basata su dati quantitativi derivati da superfici nei programmi delle fasi iniziali.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze in chimica dei polimeri, scienza delle superfici e tecniche di microfabbricazione.
- Necessita dell'accesso a spin coater, forni sotto vuoto, pulitori al plasma e attrezzature per la stampa microcontatto.
- Richiede una standardizzazione intersettoriale dei protocolli di preparazione del substrato e di caratterizzazione del film.
- Comporta considerazioni di adattamento per diversi sistemi modello, inclusi tipi cellulari e classi di analiti.
- Include limitazioni pratiche come la compatibilità con i solventi e la sensibilità ambientale durante il deposito e il patterning del film.
Domande frequenti sul biotecnologico farmaceutico
Chapters in this video
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Title
0:58
PGMA-b-PVDMA Film Generation and Parylene Stencil Lift-Off from Silicon Substrates
2:42
PGMA-b-PVDMA Interface-Directed Assembly on Chemically- or Biologically-Inert Substrates
4:48
Custom PGMA-b-PVDMA Micro-Contact Printing (μCP)
7:00
Results: Brush-Like Patterns and Crosslinked Azlactone Films on Silicon Substrates
8:32
Conclusion
