Methodenartikel

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

DOI:

10.3791/57562

⸱

30 juni 2018

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

In dit artikel

Samenvatting

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

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.

Samenvatting

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

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.

Inleiding

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

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.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

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

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-protocol-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-protocol-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-protocol-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.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

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

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)

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

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

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 worde...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

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

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

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

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.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Materiaal
Ethanol, ≥ 99,5%Sigma-Aldrich459844-
HCL, 1.019 N in H2OFluka Analytical318949-
Aceton, ≥ 99,5%Sigma-Aldrich320110-
Benzeen, ≥ 99,9%Sigma-Aldrich270709-
Isopropanol, ACS reagens, ≥99,5%Sigma-Aldrich190764
HexaanFisher ChemicalH292-4-
ArgonMatheson GasG1901175-
Tetrahydrofuran (THF), ≥ 99,9%Sigma-Aldrich401757-
Pluronic F-127Sigma-AldrichP2443-
Polydimethyl Siloxane (PDMS) Slygard 184Dow Corning4019862-
Trichloro (1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl) siliaan (TPS), 97%Sigma-Aldrich448931Het is giftig. Werk ermee onder de kap
Anhydrous Chloroform, ≥ 99%Sigma-Aldrich372978-
Positieve fotoresist AZ1512MicroChemicalsAZ 1512amber-rood vloeistof, dichtheid 1,083 g/cm3, de spin-coatingstap moet onder de kap worden uitgevoerd
Ontwikkelaar AZ 300 MIFMicroChemicalsAZ300 MIFheldere kleurloze vloeistof met lichte amine geur en dichtheid van 1 g/cm3
1,2-Vinyl-4,4- dimethyl azlacton (VDMA)Isochem North America, LLCVDMA-
2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonaat (CPDT)Sigma-Aldrich723037-
2,2′-Azobis (4methoxy-2,4-dimethyl valeronitril) (V-70)Wako Specialty ChemicalsCAS NO. 15545-97-8, EINECS No. 239-593-8-
Paryleen NSpecialty Coating Systems15B10004-
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Apparatuur
Paryleen CoaterSpecialty Coating SystemsSCS Labcoater (PDS 2010)-
Masker uitlijnsysteemNeutronix QuintelNXQ8000-
Oxygen Plasma EtcherOxford InstrumentsPlasma Lab System 100-
OppervlakteprofielmeterVeecoDektak 150Scantype was standaard heuvel. Scanduur en kracht waren respectievelijk 120 s en 1 mg.
Brightfield Upright MicroscopeOlympus CorporationBX51-
Oxygen Plasma  CleanerHarrick PlasmaPDC-001-HP-
Attenuatied Total Reflectance Fourier Transform Infraroodspectroscopie (ATR-FTIR)Perkin ElmerATR-FTIR 100-
Atomaire krachtmicroscopie (AFM)PicoPlusPicoplus atoomkrachtmicroscoopVeeco MLCT-E cantilevers met een veerconstante van 0,5 N/m. Scansnelheden varieerden tussen 0,25 en 1 Hz.
Scanning Electron Microscopy (SEM)Hitachi Science Systems Ltd., Tokyo, Japan--
Roterende gereedschapswerkplaatsDremelModel 220-01-
Spin CoaterSmart CoaterSC100-
VacuumovenYamato Scientific Co.PCD-C6(5)000)-
Grootte-uitsluitingschromatografie (SEC)Waters Alliance 2695 Separations Module720004547EN-
Weerkaatsingsindex (RI) detectorWatersModel 2414-
Photodiode Array DetectorWatersModel 2996, 716001286-
Multi-angle Light Scattering (MALS) DetectorWyatt TechnologyminiDAWN TREOS II-
ViscometerWyatt TechnologyViscostar-
PLgel 5 µm mixed-C kolommen (300 x 7,5 mm)Agilent5 µm mixed-C kolommen-
EllipsometerJ. A. Woollamalpha-SECauchy-model, PGMA en PVDMA lagen hadden een brekingsindex van 1,50 en 1,52 bij 632 nm
Ultrasoon sonicatorFischer ScientificFS-110H-

Referenties

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

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Azlacton gefunctionaliseerde polymerenPGMA b PVDMA filmsParyleen lift offinterface gestuurde assemblagemicrocontactdrukkenpolymeerborstelvorminggecrosslinkte polymeerfilmsoppervlaktefunctionalisatieplasmabehandelingspin coating

Gerelateerde artikelen