Opisano metody wytwarzania powierzchni do wzorzystego osadzania pędzli o grubości nanometrów lub usieciowanych warstw o grubości mikronów kopolimeru blokowego azlactonu. Omówiono krytyczne etapy eksperymentalne, reprezentatywne wyniki i ograniczenia każdej metody. Metody te są przydatne do tworzenia funkcjonalnych interfejsów z dostosowanymi cechami fizycznymi i przestrajalną reaktywnością powierzchni.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Wytwarzanie powierzchni reaktywnych za pomocą pędzlowych i usieciowanych warstw kopolimerów blokowych funkcjonalizowanych azlaktonem
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
W tym artykule przedstawiono metody wytwarzania, które generują nowe powierzchnie przy użyciu kopolimeru blokowego na bazie azlactonu, poli (metakrylanu glicydylu)-block-poly (azlakton winylu-dimetylu) (PGMA-b-PVDMA). Ze względu na wysoką reaktywność grup azlaktonowych w stosunku do grup aminowych, tiolowych i hydroksylowych, powierzchnie PGMA-b-PVDMA mogą być modyfikowane cząsteczkami wtórnymi w celu stworzenia chemicznie lub biologicznie funkcjonalizowanych interfejsów do różnych zastosowań. Wcześniejsze doniesienia o wzorzystych interfejsach PGMA-b-PVDMA wykorzystywały tradycyjne techniki modelowania z góry na dół, które generowały niejednorodne filmy i słabo kontrolowane związki chemiczne tła. W tym miejscu opisujemy niestandardowe techniki modelowania, które umożliwiają precyzyjne osadzanie wysoce jednorodnych folii PGMA-b-PVDMA na tłach, które są chemicznie obojętne lub mają właściwości odpychające biomolekuły. Co ważne, metody te mają na celu osadzanie folii PGMA-b-PVDMA w sposób, który całkowicie zachowuje funkcjonalność azlaktonu na każdym etapie przetwarzania. Wzorzyste folie wykazują dobrze kontrolowane grubości, które odpowiadają szczotkom polimerowym (~90 nm) lub wysoce usieciowanym strukturom (~1-10 μm). Wzory szczotek są generowane przy użyciu opisanych metod unoszenia parylenu lub montażu kierowanego przez interfejs i są przydatne do precyzyjnej modulacji ogólnej reaktywności chemicznej powierzchni poprzez dostosowanie gęstości wzoru PGMA-b-PVDMA lub długości bloku VDMA. W przeciwieństwie do tego, grube, usieciowane wzory PGMA-b-PVDMA są uzyskiwane przy użyciu niestandardowej techniki druku mikrokontaktowego i oferują korzyść w postaci większego obciążenia lub wychwytywania materiału wtórnego dzięki wyższym stosunkom powierzchni do objętości. Omówiono szczegółowe etapy eksperymentu, krytyczne charakterystyki filmu i przewodniki rozwiązywania problemów dla każdej metody wytwarzania.
Wprowadzenie
Rozwijanie technik wytwarzania, które pozwalają na wszechstronną i precyzyjną kontrolę chemicznej i biologicznej funkcjonalności powierzchni, jest pożądane dla różnych zastosowań, od wychwytywania zanieczyszczeń środowiskowych po rozwój biosensorów nowej generacji, implantów i urządzeń do inżynierii tkankowej1,2. Polimery funkcjonalne są doskonałymi materiałami do dostrajania właściwości powierzchni za pomocą technik "szczepienia z" lub "szczepienia do" 3. Podejścia te pozwalają na kontrolę reaktywności powierzchni w oparciu o funkcjonalność chemiczną monomeru i masę cząsteczkową polime....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Synteza PGMA-b-PVDMA20
- Synteza makrołańcuchowego czynnika przeniesienia PGMA (Macro-CTA)
- Należy użyć kolby reakcyjnej o dnie okrągłym o pojemności 250 mL wyposażonej w magnetyczny mieszadło z powłoką z politetrafluoroetylenu.
- W kolbie o dnie okrągłym, wolnej od powietrza, należy połączyć 14,2 g metakrylanu glicydylowego GMA (142,18 g/mol) z 490,8 mg 2-cyjano-2-propylowym dodecylotritiowęglanem (CPDT) (346,63 g/mol), 87,7 mg 2,2′-azobis(4-metoksy-2,4-dimetylowaloironitrylu) (V-70) (308,43 g/mol) (stosunek molowy CPDT: V-70 = 5:1) oraz benzenem (100 mL).
- Mieszaninę reakcyjną należy odgazow....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Pomiary kąta zwilżania mogą być wykorzystane do oceny funkcjonalizacji krzemu za pomocą PGMA-b-PVDMA. Rycina 1 przedstawia kąt zwilżania podłoża krzemowego podczas poszczególnych etapów procesu. Zachowanie hydrofilowe podłoża krzemowego oczyszczonego plazmowo pokazano w Rycina 1BKąt zwilżania po nanoszeniu polimeru metodą spin coatingu i wyżarzaniu wynosi 75° ± 1°(Ryc. 1C) co jes.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
W tym artykule przedstawiono trzy podejścia do wzorowania PGMA-b-PVDMA, z których każde ma swoje zalety i wady. Metoda lift-off parylenu jest uniwersalną metodą modelowania kopolimerów blokowych w rozdzielczości od mikro do nanoskali i była stosowana jako maska osadzania w innych systemach modelowania 33,34,35. Ze względu na stosunkowo słabą przyczepność powierzchni, szablon parylenu można łatwo usunąć z powierzchni prz.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
To badanie było wspierane przez Uniwersytet Stanowy Kansas. Część tych badań została przeprowadzona w Centrum Nauk o Materiałach Nanofazowych, które jest sponsorowane w Oak Ridge National Laboratory przez Scientific User Facilities Division, Office of Basic Energy Sciences i Departament Energii USA.
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Materiał | |||
| etanol, ≥ 99.5% | Sigma-Aldrich | 459844-HCL | |
| , 1.019 N in H2O | Fluka Analytical | ||
| 318949-aceton, ≥ 99.5% | Sigma-Aldrich | 320110-Benzen | |
| , ≥ 99.9% | Sigma-Aldrich | 270709 | - |
| Izopropanol, odczynnik ACS, ≥ 99,5% | Sigma-Aldrich | 190764 | |
| Hexane | Fisher Chemical | H292-4-Argon | |
| Matheson Gas | |||
| G1901175-tetrahydrofuran (THF), ≥ 99,9% | Sigma-Aldrich | ||
| 401757-Pluronic F-127 | Sigma-Aldrich | ||
| (PDMS) Slygard 184 | Dow Corning | 4019862-trichloro | |
| (1H,1H,2H,2H-perfluorooktylo)silan (TPS), 97% | Sigma-Aldrich | 448931 | Jest toksyczny. Pracuj z nim pod maską |
| Bezwodny chloroform, ≥ 99% | Sigma-Aldrich | 372978-Positive | |
| Photoresist AZ1512 | MicroChemicals | AZ 1512 | bursztynowo-czerwona ciecz, gęstość 1,083 g/cm3, etap wirowania należy wykonać pod maską |
| Developer AZ 300 MIF | MicroChemicals | AZ300 MIF | klarowna bezbarwna ciecz o lekkim zapachu aminowym i gęstości 1 g/cm3 |
| 1,2-Vinyl-4,4-dimetyloazlakton (VDMA) | Isochem North America, LLC | ||
| dodecylu (CPDT) | Sigma-Aldrich | ||
| 723037-2,2′-Azobis (4metoksy-2,4-dimetylowaleronitryl) (V-70) | Wako Specjalistyczne chemikalia Nr | CAS 15545-97-8, Nr EINECS 239-593-8-Parylene | |
| N | Specjalistyczne systemy powłokowe | 15B10004 | - |
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
| Equipment | |||
| Parylene | Coater Specjalistyczne systemy powlekania | SCS Labcoater (PDS 2010) | - |
| System wyrównywania maski | Neutronix Quintel | NXQ8000 | - |
| Oxygen Plasma Etcher | Oxford Instruments | Plasma Lab System 100-Surface | |
| Profilometer | Veeco | Dektak 150 | Typ skanowania był standardowy. Czas trwania i siła skanowania wynosiły odpowiednio 120 s i 1 mg. |
| Mikroskop pionowy Brightfield | Olympus Corporation | BX51-Plazma | |
| tlenowa Cleaner | Harrick Plasma | PDC-001-HP-Tłumiona | |
| spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera (ATR-FTIR) | Perkin Elmer | ATR-FTIR 100-Mikroskopia | |
| sił atomowych (AFM) | Mikroskop sił atomowych PicoPlus Wsporniki | Veeco MLCT-E ze stałą sprężystości 0,5 N / m. Prędkości skanowania wahały się od 0,25 do 1 Hz. | |
| Skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM) | Hitachi Science Systems Ltd., Tokio, Japonia- | - | |
| Stacja robocza narzędzi obrotowych | Dremel | Model 220-01-Powlekarka | |
| wirowa | Inteligentna powlekarka | SC100-Piec | |
| próżniowy | Yamato Scientific Co. | PCD-C6(5)000) | - |
| Chromatografia wykluczania wielkości (SEC) | Moduł separacji Waters Alliance 2695 | 720004547EN-Detektor | |
| indeksu refrakcji (RI) | Waters | Model 2414-Detektor | |
| fotodiodowy | Waters Model 2996, | 716001286-Detektor | |
| wielokątowego rozpraszania światła (MALS) | Wyatt Technology | miniDAWN TREOS II-Wiskozymetr | |
| Wyatt Technology | Viscostar-PLgel | ||
| 5 & mikro; m kolumny mixed-C (300 x 7,5 mm) | Agilent | 5 µ m mieszane kolumny | |
| C-Elipsometr | J. A. Woollam | alpha-SE | model Cauchy'ego, warstwy PGMA i PVDMA miały współczynniki załamania światła 1,50 i 1,52 przy 632 nm |
| Ultradźwiękowy Sonikator | Fischer Scientific | FS-110H | - |
Bibliografia
- Faia-Torres, A., Goren, T., Textor, M., Pla-Roca, M. Patterned Biointerfaces. Comprehensive biomaterials. , 1st edition, Elsevier publications. 181-201 (2017).
- Ogaki, R., Alexander, M., Kingshott, P. Chemical patterning in biointerface science. Materials Today. 13 (4), 22-35 (2010).
- Rungta, A., et al. Grafting bimodal....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
