Name: Miękka funkcjonalizacja litograficzna i modelowanie Beztlenkowy krzem i german (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-12-16T12:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 38 s
Description: Poznaj metodę miękkiej litografii do nanostrukturyzacji beztlenkowego krzemu i germanu za pomocą reaktywnych monowarstw organicznych. Technika umożliwia precyzyjną funkcjonalizację powierzchni małymi cząsteczkami i białkami.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Potwierdzamy otrzymanie wsparcia finansowego w ramach grantu NSF o numerze CMMI-1000724.

1A. Tworzenie pierwotnej monowarstwy na krzemie
<ol>
	<li>Potnij wafle krzemowe na podłoża o powierzchni 1cm2, odpyl je i wypłucz wodą oraz filtrowanym etanolem.</li>
	<li>Usuń zanieczyszczenia organiczne, zanurzając podłoża krzemowe w szalkach szklanych zawierających Nano strip w temperaturze 75ºC. Po 15 minutach wypłucz każde podłoże dejonizowaną, filtrowaną wodą.</li>
	<li>Umieść każde podłoże w 5% roztworze HF (Ostrzeżenie: HF jest materiałem niezwykle niebezpiecznym), aby usunąć natywną warstwę tlenku. Po 5 minutach osusz krzem pozbawiony tlenku azotem.</li>
	<li>Aby uzyskać podłoże chlorowane, natychmiast zanurz każdy kawałek krzemu pozbawionego tlenku w fiolce scyntylacyjnej zawierającej 2 ml nasyconego PCl5 w chlorobenzenie. Roztwór ten powinien zostać przefiltrowany przez filtr 0,2 μm.</li>
	<li>Zamontuj kondensator do fiolek na każdej z nich i umieść je w bloku grzewczym ustawionym na 112°C na jedną godzinę.</li>
	<li>Po zakończeniu reakcji pozwól fiolkom ostygnąć, wypłucz każdą powierzchnię chlorobenzenem i osusz pod strumieniem filtrowanego azotu.</li>
	<li>Aby utworzyć podłoże z grupami propenylowymi na końcach, umieść każdą chlorowaną powierzchnię krzemu w fiolce ciśnieniowej zawierającej 4 ml chlorku propenylomagnezowym. Umieść każdą fiolkę ciśnieniową w bloku grzewczym w temperaturze 130 °C na 24 godziny.</li>
	<li>Wyjmij każdą fiolkę ciśnieniową z bloku grzewczego i pozostaw do ostygnięcia.</li>
	<li>Szybko wypłucz każdą powierzchnię DCM i etanolem, a następnie osusz pod strumieniem filtrowanego azotu.</li>
</ol>
1B. Tworzenie pierwotnej monowarstwy na germanie
<ol>
	<li>Potnij płytek germanowe na podłoża o wymiarach 1cm2, odpyl i przepłucz wodą oraz filtrowanym etanolem.</li>
	<li>Usuń zanieczyszczenia organiczne, zanurzając powierzchnie w naczyniu szklanym zawierającym aceton na 20 minut.</li>
	<li>Umieść każdą powierzchnię w 10% roztworze HCl na 15 minut. Proces ten jednocześnie usuwa natywną warstwę tlenku i chloruje powierzchnię. Po 5 minutach wysusz podłoża azotem.</li>
	<li>Aby utworzyć podłoże zakończone grupami oktylowymi, umieść każdą chlorowaną powierzchnię germanu w fiolce ciśnieniowej zawierającej 4 ml chlorku oktylomagnezowego (2 mM). Umieść każdą fiolkę ciśnieniową w bloku grzewczym w temperaturze 130 °C na 48 godzin.</li>
	<li>Wyjmij każdą fiolkę ciśnieniową z bloku grzewczego i pozostaw do ostygnięcia do temperatury pokojowej.</li>
	<li>Szybko przepłucz każdą powierzchnię DCM i etanolem, a następnie wysusz pod strumieniem filtrowanego azotu.</li>
</ol>
2. Funkcjonalizacja podłoża NHS na krzemie i germanie
<ol>
	<li>Przygotować przefiltrowany roztwór NHS-diaziryny 0,1 M w tetrachlorku węgla. Ostrzeżenie: Należy ograniczyć ekspozycję na światło do minimum.</li>
	<li>Nanieść pipetą kilka kropli roztworu na powierzchnie zakończone grupami metylowymi. Pozostawić roztwór do całkowitego rozprowadzenia się na całej powierzchni.</li>
	<li>Umieścić powierzchnie pod lampą UV (☐=254 nm, 4400/cm2 w odległości 0,74 cala). Pozostawić powierzchnie do reakcji pod światłem UV przez 30 minut, następnie dodać na powierzchnię kolejną porcję NHS-diaziryny i kontynuować reakcję przez dodatkowe 30 minut.</li>
	<li>Przepłukać powierzchnie zmodyfikowane NHS za pomocą DCM i etanolu, a następnie osuszyć pod strumieniem przefiltrowanego azotu.</li>
</ol>
3. Funkcjonalizacja małych cząsteczek
<ol>
	<li>Poddać podłoża zmodyfikowane NHS reakcji w 20 mM roztworze tert-butylo-karbamoilowej (Boc-) etylenodiaminy w dichlorometanie (DCM) przez dwie godziny w temperaturze pokojowej.</li>
	<li>Po zakończeniu reakcji przepłukać podłoże zmodyfikowane Boc DCM oraz etanolem.</li>
	<li>Przeprowadzić deprotekcję podłoża zmodyfikowanego Boc, stosując 25% kwas trifluorooctowy (TFA) w DCM przez jedną godzinę w temperaturze pokojowej.</li>
	<li>Przepłukać otrzymaną powierzchnię DCM, etanolem oraz 10% (w/v) wodorowęglanem potasu w wodzie, a następnie wysuszyć pod strumieniem filtrowanego azotu.</li>
	<li>Przeanalizować wszystkie powierzchnie za pomocą XPS w celu określenia składu pierwiastkowego.</li>
</ol>
4. Przygotowanie kwaśnej stempla z akrylanu poliuretanu (PUA)
<ol>
	<li>Rozcieńczyć akrylan A o 30% triakrylanem etoksylanu trimetylolpropanu B w celu zmniejszenia lepkości. Do mieszaniny reakcyjnej dodać fotoinicjatory C i D (Rysunek 6).</li>
	<li>Dodać 2-merkaptoetanosulfonian sodu (0,2 g, 1,22 mmol) do roztworu 4N HCl w dioksanie (10 ml) i mieszać w temperaturze pokojowej przez 2 minuty.</li>
	<li>Odfiltrować chlorek sodu najpierw przez gęsty filtr szklany, a następnie przez membranowy filtr strzykawkowy PTFE 0,2 μm, aby otrzymać klarowny roztwór kwasu 2-merkaptoetanosulfonowego w dioksanie.</li>
	<li>Odparować dioksan pod zmniejszonym ciśnieniem.</li>
	<li>Poddać otrzymany kwas sulfonowy reakcji z 2 ml prepolimerowej mieszaniny poliuretan-akrylanu w temperaturze pokojowej, a następnie w próżni w temperaturze 50 °C. Należy upewnić się, że mieszanina została całkowicie oczyszczona z uwięzionych pęcherzyków powietrza.</li>
	<li>Schłodzić otrzymany roztwór do temperatury pokojowej i spolimeryzować pomiędzy dwiema szklanymi płytkami mikroskopowymi lub płytką szklaną a matrycą poprzez naświetlanie światłem UV przez 2 godziny w temperaturze pokojowej.</li>
	<li>Po polimeryzacji ostrożnie oddzielić stempel od matrycy, przemyć stempel etanolem i wodą, a następnie wysuszyć przefiltrowanym azotem.</li>
</ol>
5. Drukowanie katalityczne oraz analiza SEM/AFM
<ol>
	<li>Umieść odpowiednią stempel z poliuretanu-akrylanu na wierzchu podłoża zmodyfikowanego NHS w temperaturze pokojowej przez jedną minutę, bez przykładania zewnętrznego obciążenia, aby utrzymać je razem. </li>
	<li>Po zakończeniu reakcji oddziel stempel od podłoża.</li>
	<li>Przepłucz podłoże etanolem, wodą i ponownie etanolem, a następnie wysusz za pomocą filtrowanego azotu. </li>
	<li>Przepłucz stempel etanolem, wodą i ponownie etanolem, a następnie wysusz za pomocą filtrowanego azotu.</li>
	<li>Przechowuj stemple w temperaturze pokojowej przed kolejnym zastosowaniem.</li>
	<li>Przeanalizuj otrzymany wzór, wykorzystując mikroskopię sił atomowych (AFM) w trybie kontaktowym z pomiarem sił bocznych oraz skaningową mikroskopię elektronową (SEM).</li>
</ol>
6. Wzorcowanie białek i mikroskopia fluorescencyjna
<ol>
	<li>Zanurzyć dwufunkcyjne podłoże z wzorem NHS w kwasie lizynowo-N,N-dioctowym (20 mM) i Et3N (100 mM) w DMF:H20 (1:1) w temperaturze pokojowej przez 1 h, a następnie wypłukać wodą i etanolem.</li>
	<li>Inkubować podłoża w 50 mM roztworze NiSO4 przez 5 min w temperaturze pokojowej.</li>
	<li>Obficie wypłukać chelatowane podłoża wodą i buforem wiążącym (20 mM NaP, 250 mM NaCl, 10mM imidazolu, pH 7,5), a następnie zanurzyć w przefiltrowanym roztworze GFP (˜40 μM) na 1 h w 0°C.</li>
	<li>Natychmiast wypłukać podłoża buforem wiążącym, a następnie PBS (pH 7,4).</li>
	<li>Przechowywać podłoża w stanie uwodnienia w PBS w 0°C do momentu rozpoczęcia analizy za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej.</li>
</ol>
7. Wzorowanie białek i mikroskopia fluorescencyjna
<ol>
	<li>Zanurz podłoże bifunkcyjne z wzorem NHS w kwasie lizyno-N,N-diocetowym (20 mM) i Et3N (100 mM) w DMF:H20 (1:1) w temperaturze pokojowej przez 1 hr, a następnie wypłucz wodą i etanolem. </li>
	<li>Inkubuj podłoża w 50 mM roztworze NiSO4 przez 5 min w temperaturze pokojowej. </li>
	<li>Obficie wypłucz chelatowane podłoża wodą oraz buforem wiążącym (20 mM NaP, 250 mM NaCl, 10mM imidazolu, pH 7.5) i zanurz w przefiltrowanym roztworze GFP (˜40 μM) na 1 hr w 0°C. </li>
	<li>Niezwłocznie wypłucz podłoża buforem wiążącym, a następnie PBS (pH 7.4). </li>
	<li>Przechowuj podłoża w stanie nawodnionym w PBS w 0°C aż do momentu przeprowadzenia analizy za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej.</li>
</ol>
8. Reprezentatywne wyniki: 
Przykład katalitycznego nanowzorowania metodą miękkiej litografii przedstawiono na Ryc. 7. Podejście to pozwala na tworzenie wzorów chemoselektywnych na wolnym od tlenków krzemie i germanie, które mogą być ortogonalnie funkcjonalizowane różnymi grupami chemicznymi i biologicznymi. Reakcja pomiędzy podłożem funkcjonalizowanym NHS a katalityczną stemplą wzorującą prowadzi do hydrolizy grup NHS w obszarach kontaktu konformalnego, co skutkuje otrzymaniem wzorowanego podłoża bifunkcyjnego zawierającego obszary aktywowanych przez NHS oraz wolnych kwasów karboksylowych. Dzięki brakowi dyfuzji w zastosowanej metodzie osiągamy rozdzielczość zbliżoną do fotolitografii. Na przykład Ryc. 7 przedstawia elementy o rozmiarze 125 nm, które zostały jednorodnie odwzorowane na całej powierzchni podłoża krzemowego. Co istotne, katalityczna stempla może być wielokrotnie używana bez utraty wydajności.
Chemoselektywna funkcjonalizacja wzorowanych półprzewodników biomolekułami otwiera perspektywę integracji tradycyjnych materiałów elektronicznych z wysoce selektywnymi substratami biologicznymi do zastosowań w badaniach nad sensoryką, diagnostyką i analizą. Przykład takiej funkcjonalizacji przedstawiono na Rysunku 8, gdzie krzem z wzorem NHS został selektywnie funkcjonalizowany cząsteczkami białek. Wykorzystując różną reaktywność aktywowanych i wolnych kwasów karboksylowych, najpierw przymocowano heterobifunkcyjne łączniki zakończone kwasem nitrilotrioctowym (NTA) do obszarów funkcjonalizowanych NHS, a następnie wykorzystano powstałą powierzchnię z wzorem NTA jako matrycę do selektywnego przyłączenia GFP z tagiem heksahistydynowym. Rysunek 8b wyraźnie pokazuje różnicę w intensywności fluorescencji pomiędzy obszarami modyfikowanymi GFP a obszarami z hydrolizowanymi wolnymi kwasami karboksylowymi. Rozmiar i kształt odwzorowanych struktur są zgodne zarówno dla powierzchni z wzorem NHS (Rysunek 8a), jak i powierzchni modyfikowanej GFP (Rysunek 8b), co potwierdza wyjątkową stabilność powierzchni pasywowane węglem oraz selektywność metody stemplowania. Protokół nie ogranicza się do białek z tagiem His i może być stosowany do wzorowania innych biomolekuł, w tym DNA i przeciwciał.
<img src="/files/ftp_upload/3478/3478fig1.jpg" alt="Schemat procesu mikromacierzy DNA, ilustrujący etapy hybrydyzacji w sekwencji analizy genetycznej." data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 1"> Rysunek 1. Ogólny schemat przedstawiający katalityczny druk mikrokontaktowy
<img src="/files/ftp_upload/3478/3478fig2.jpg" alt="Schemat wiązania reaktywnego podłoża; warstwowanie chemiczne; pierwotna monowarstwa; wtórna nadwarstwa." data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 2"> Rysunek 2. Struktura dwuwarstwowego systemu molekularnego na Ge i Si. Pierwotna monowarstwa alkilowa tworzy stabilne wiązania Ge-C lub Si-C z podłożem i stanowi chemicznie obojętny, gęsto upakowany układ, który chroni leżącą powierzchnię przed degradacją. (b) Wtórna nadwarstwa tworzy stabilne wiązania C-C z pierwotną warstwą ochronną i dostarcza końcowe grupy funkcyjne
<img src="/files/ftp_upload/3478/3478fig3.jpg" alt="Schemat syntezy krzemu i germanu wolnego od tlenków z etapami reakcji, wzorami chemicznymi i przebiegiem procesu." data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 3"> Rysunek 3. Schematy reakcji przedstawiające tworzenie pierwotnych warstw ochronnych na Si (A) i Ge (B)
<img src="/files/ftp_upload/3478/3478fig4.jpg" alt="Schemat reakcji chemicznej; polimeryzacja indukowana UV na powierzchni; proces syntezy organicznej." data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 4"> Rysunek 4. Funkcjonalizacja chemiczna podstawowej ochronnej monowarstwy heterobifunkcyjnym donorem karbenu
<img src="/files/ftp_upload/3478/3478fig5.jpg" alt="Proces reakcji chemicznej, widma energii wiązania C 1s, schemat konwersji NHS na NH2, wyniki XPS." data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 5"> Rysunek 5. Schemat reakcji przedstawiający modyfikacje małymi cząsteczkami podłoży funkcjonalizowanych NHS oraz odpowiadające im widma XPS
<img src="/files/ftp_upload/3478/3478fig6.jpg" alt="Schemat polimeryzacji z wzorem chemicznym; obrazy SEM matrycy Si/PMMA i stempla PU z kwasem sulfonowym." data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 6"> Rysunek 6. Skład katalitycznej mieszaniny przedpolimerowej, warunki polimeryzacji oraz obrazy SEM wzorowanego stempla modyfikowanego kwasem sulfonowym i odpowiadającej mu matrycy PMMA-Si
<img src="/files/ftp_upload/3478/3478fig7.jpg" alt="Schemat hydrolizy katalizowanej kwasem sulfonowym z wzorami powierzchniowymi Si/Ge, wyniki mikroskopowe." data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 7"> Rysunek 7. Obrazy tarcia SEM i AFM dla wzorowanych SAM na Si i Ge z zastosowaniem stempla kwasowego
<img src="/files/ftp_upload/3478/3478fig8.jpg" alt="Schemat wzorowania powierzchni z wzorami chemicznymi; obrazy mikroskopowe pokazujące wzorowane powierzchnie." data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 8"> Rycina 8. Wzorowanie miękkolitograficzne i funkcjonalizacja pasywnego krzemu cząsteczkami organicznymi i biologicznymi. a: Obraz SEM wzorowanego podłoża zmodyfikowanego NHS. b: Mikrofotografia fluorescencyjna podłoża zmodyfikowanego GFP.

<ol><li>Kumar, A., Abbott, N. L., Kim, E., Biebuyck, H. A., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patterned+Self-Assembled+Monolayers+and+Mesoscale+Phenomena%5BTitle%5D)+AND+%22Accounts.+Chem.+Res%22%5BJournal%5D)">Patterned Self-Assembled Monolayers and Mesoscale Phenomena.</a> Accounts. Chem. Res. 28 (5), 219-226 (1995).</li>
<li>Kumar, A., Biebuyck, H. A., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patterning+Self-Assembled+Monolayers%3A+Applications+in+Materials+Science%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Patterning Self-Assembled Monolayers: Applications in Materials Science.</a> Langmuir. 10 (5), 1498-1511 (1994).</li>
<li>Kumar, A., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Features+of+gold+having+micrometer+to+centimeter+dimensions+can+be+formed+through+a+combination+of+stamping+with+an+elastomeric+stamp+and+an+alkanethiol+%22ink%22+followed+by+chemical+etching%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Features of gold having micrometer to centimeter dimensions can be formed through a combination of stamping with an elastomeric stamp and an alkanethiol "ink" followed by chemical etching.</a> Applied Physics Letters. 63 (14), 2002-2004 (1993).</li>
<li>Wilbur, J. L., Kumar, A., Biebuyck, H. A., Kim, E., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microcontact+printing+of+self-assembled+monolayers%3A+applications+in+microfabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Microcontact printing of self-assembled monolayers: applications in microfabrication.</a> Nanotechnology. 7 (4), 452-457 (1996).</li>
<li>Wilbur, J. L., Kumar, A., Kim, E., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfabrication+by+microcontact+printing+of+self-assembled+monolayers%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials+%28Weinheim%2C+Germany%29%22%5BJournal%5D)">Microfabrication by microcontact printing of self-assembled monolayers.</a> Advanced Materials (Weinheim, Germany). 6 (7/8), 600-604 (1994).</li>
<li>Ruiz, S. A., Chen, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microcontact+printing%3A+a+tool+to+pattern%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Microcontact printing: a tool to pattern.</a> Soft Matter. 3 (2), 168-177 (2007).</li>
<li>Perl, A., Reinhoudt, D. N., Huskens, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microcontact+Printing%3A+Limitations+and+Achievements%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials+%28Weinheim%2C+Germany%29%22%5BJournal%5D)">Microcontact Printing: Limitations and Achievements.</a> Advanced Materials (Weinheim, Germany). 21 (22), 2257-2268 (2009).</li>
<li>Kumar, A., Biebuyck, H. A., Abbott, N. L., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+self-assembled+monolayers+and+a+selective+etch+to+generate+patterned+gold+features%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">The use of self-assembled monolayers and a selective etch to generate patterned gold features.</a> J. Am. Chem. Soc. 114 (23), 9188-9191 (1992).</li>
<li>Ravoo, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microcontact+chemistry%3A+surface+reactions+in+nanoscale+confinement%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Microcontact chemistry: surface reactions in nanoscale confinement.</a> Journal of Materials Chemistry. 19 (47), 8902-8906 (2009).</li>
<li>Biebuyck, H. A., Larsen, N. B., Delamarche, E., Michel, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lithography+beyond+light%3A+Microcontact+printing+with+monolayer+resists%5BTitle%5D)+AND+%22Ibm.+J.+Res.+Dev%22%5BJournal%5D)">Lithography beyond light: Microcontact printing with monolayer resists.</a> Ibm. J. Res. Dev. 41 (1-2), 159-170 (1997).</li>
<li>Delamarche, E., Schmid, H., Bietsch, A., Larsen, N. B., Rothuizen, H., Michel, B., Biebuyck, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+Mechanisms+of+Alkanethiols+during+Microcontact+Printing+on+Gold%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Transport Mechanisms of Alkanethiols during Microcontact Printing on Gold.</a> J. Phys. Chem. B. 102 (18), 3324-3334 (1998).</li>
<li>Larsen, N. B., Biebuyck, H., Delamarche, E., Michel, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Order+in+microcontact+printed+self-assembled+monolayers%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Order in microcontact printed self-assembled monolayers.</a> J Am Chem Soc. 119 (13), 3017-3026 (1997).</li>
<li>Michel, B., Bernard, A., Bietsch, A., Delamarche, E., Geissler, M., Juncker, D., Kind, H., Renault, J. P., Rothuizen, H., Schmid, H., Schmidt-Winkel, P., Stutz, R., Wolf, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Printing+meets+lithography%3A+Soft+approaches+to+high-resolution+printing%5BTitle%5D)+AND+%22IBM+Journal+of+Research+and+Development%22%5BJournal%5D)">Printing meets lithography: Soft approaches to high-resolution printing.</a> IBM Journal of Research and Development. 45 (5), 697-719 (2001).</li>
<li>Libioulle, L., Bietsch, A., Schmid, H., Michel, B., Delamarche, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contact-Inking+Stamps+for+Microcontact+Printing+of+Alkanethiols+on+Gold%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Contact-Inking Stamps for Microcontact Printing of Alkanethiols on Gold.</a> Langmuir. 15 (2), 300-304 (1999).</li>
<li>Sharpe, R. B. A., Burdinski, D., Huskens, J., Zandvliet, H. J. W., Reinhoudt, D. N., Poelsema, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spreading+of+16-Mercaptohexadecanoic+Acid+in+Microcontact+Printing%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Spreading of 16-Mercaptohexadecanoic Acid in Microcontact Printing.</a> Langmuir. 20 (20), 8646-8651 (2004).</li>
<li>Workman, R. K., Manne, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+Transfer+and+Transport+in+Noncovalent+Microcontact+Printing%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Molecular Transfer and Transport in Noncovalent Microcontact Printing.</a> Langmuir. 20 (3), 805-815 (2004).</li>
<li>Li, X. -M., Peter, M., Huskens, J., Reinhoudt, D. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Catalytic+Microcontact+Printing+without+Ink%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Catalytic Microcontact Printing without Ink.</a> Nano Lett. 3 (10), 1449-1453 (2003).</li>
<li>Shestopalov, A. A., Clark, R. L., Toone, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inkless+Microcontact+Printing+on+Self-Assembled+Monolayers+of+Fmoc-Protected+Aminothiols%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Inkless Microcontact Printing on Self-Assembled Monolayers of Fmoc-Protected Aminothiols.</a> J. Am. Chem. Soc. 129 (145), 13818-13819 (2007).</li>
<li>Shestopalov, A. A., Clark, R. L., Toone, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Catalytic+Microcontact+Printing+on+Chemically+Functionalized+H-Terminated+Silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Catalytic Microcontact Printing on Chemically Functionalized H-Terminated Silicon.</a> Langmuir. 26 (3), 1449-1451 (2010).</li>
<li>Shestopalov, A. A., Clark, R. L., Toone, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inkless+Microcontact+Printing+on+SAMs+of+Boc-+and+TBS-Protected+Thiols%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Inkless Microcontact Printing on SAMs of Boc- and TBS-Protected Thiols.</a> Nano Lett. 10 (1), 43-46 (2010).</li>
<li>Snyder, P. W., Johannes, M. S., Vogen, B. N., Clark, R. L., Toone, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biocatalytic+Microcontact+Printing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Org.+Chem%22%5BJournal%5D)">Biocatalytic Microcontact Printing.</a> J. Org. Chem. 72 (19), 7459-7461 (2007).</li>
<li>Morris, C. J., Shestopalov, A. A., Gold, B. H., Clark, R. L., Toone, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patterning+NHS-Terminated+SAMs+on+Germanium%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Patterning NHS-Terminated SAMs on Germanium.</a> Langmuir. 27 (10), 6486-6489 (2011).</li>
<li>Shestopalov, A. A., Morris, C. J., Vogen, B. N., Hoertz, A., Clark, R. L., Toone, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft-Lithographic+Approach+to+Functionalization+and+Nanopatterning+Oxide-Free+Silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Soft-Lithographic Approach to Functionalization and Nanopatterning Oxide-Free Silicon.</a> Langmuir. 27 (10), 6478-6485 (2011).</li>
</ol>

Nie mamy nic do ujawnienia

Przedstawiony protokół stanowi formę bezatramentowego mikrodruku kontaktowego, którą można zastosować uniwersalnie do każdego podłoża zdolnego do utrzymania prostych, uporządkowanych monowarstw. W tej metodzie katalizator unieruchomiony na stemplu przenosi wzór na powierzchnię posiadającą odpowiadające mu grupy funkcyjne. Ponieważ proces nie opiera się na transferze atramentu ze stempla na powierzchnię, eliminowane jest ograniczenie rozdzielczości dyfuzyjnej charakterystyczne dla tradycyjnego i reaktywnego μCP, co umożliwia rutynowe wytwarzanie obiektów w skali nanometrycznej. Wprowadzenie pierwotnego, wysoko uporządkowanego systemu molekularnego zapewnia całkowitą ochronę leżącego poniżej półprzewodnika przed uszkodzeniami oksydacyjnymi. Jednocześnie metoda ta umożliwia unieruchomienie objętościowych grup reaktywnych poprzez wykorzystanie wtórnej warstwy reaktywnej; w ten sposób system zapewnia zarówno ochronę, jak i funkcjonalizację.
Technika ta rozpoczyna się od utworzenia stabilnych wiązań węgiel-powierzchnia, co pozwala na stworzenie chemicznie obojętnej pierwotnej monowarstwy, która stanowi skuteczną barierę przed tworzeniem się tlenków. Utworzenie wtórnej warstwy reaktywnej dostarcza końcowych grup funkcyjnych NHS, które służą jako punkty przyczepienia dla różnych grup chemicznych i biologicznych. Ten stabilny dwuwarstwowy system molekularny jest następnie wzorowany przy użyciu naszej katalitycznej metody μCP. Podejście przedstawione w niniejszym badaniu oferuje ogólną metodę wzorowania podłoży półprzewodnikowych szeroką gamą materiałów organicznych i biologicznych. Możliwość tworzenia wzorowanych interfejsów organiczno-półprzewodnikowych bez użycia drogiej i złożonej aparatury otwiera liczne możliwości w takich dziedzinach jak elektronika, nanotechnologia, biochemia i biofizyka.

<table><tbody><tr><td>Spektrometr XPS</td><td>Kratos Analytical</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop sił atomowych</td><td>Veeco Instruments, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop SEM-FEG</td><td>FEI</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop fluorescencyjny</td><td>Carl Zeiss, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Blok grzejny</td><td>VWR international</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pompa próżniowa</td><td>BOC Edwards</td><td></td><td></td></tr><tr><td>System oczyszczania wody</td><td>EMD Millipore</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sondy krzemowe TESP</td><td>Veeco Instruments, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Krzem</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fiolki ciśnieniowe</td><td>Chemglass</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kolektor próżniowy</td><td>Chemglass</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lampa UV</td><td>UVP Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Materiał stempla</td><td>Patrz odniesienia 20 i 18</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Filtry strzykawkowe PTFE</td><td>VWR international</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nano Strip</td><td>Cyantek Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HCl</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Etanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HF</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chlorobenzen</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PCl5</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chlorek propenylomagnezu</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chlorek oktylomagnezu</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tetrachlorek węgla</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Boc-chroniona etylenodiamina</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TFA</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2-merkapto&amp;#8211;sulfonian sodu</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>4N roztwór HCl w dioksanie</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kwas lizyno-N,N-dioctowy</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Et&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;N</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DMF</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NiSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NaP</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>imidazol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PBS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

funkcjonalizacja i wzorowanie krzemu oraz germanu beztlenkowego metodą miękkiej litografii

Soft Lithographic Functionalization and Patterning Oxide-free Silicon and Germanium

Rozwój hybrydowych urządzeń elektronicznych opiera się w dużej mierze na integracji materiałów (bio)organicznych i półprzewodników nieorganicznych poprzez stabilny interfejs, który umożliwia efektywny transport elektronów i chroni leżące poniżej podłoża przed degradacją oksydacyjną. Półprzewodniki z grupy IV można skutecznie chronić za pomocą wysoko uporządkowanych samoporządkujących się monowarstw (SAMs) składających się z prostych łańcuchów alkilowych, które działają jako nieprzepuszczalne bariery zarówno dla roztworów organicznych, jak i wodnych. Proste SAMs alkilowe są jednak inertne i niepodatne na tradycyjne techniki wzorowania. Motywacją do immobilizacji organicznych układów molekularnych na półprzewodnikach jest nadanie powierzchni nowej funkcjonalności, która może zapewnić funkcje optyczne, elektroniczne i mechaniczne, a także aktywność chemiczną i biologiczną.
Drukowanie mikrokontaktowe (μCP) jest techniką miękkiej litografii służącą do tworzenia wzorów SAM na wielu rodzajach powierzchni.1-9 Pomimo swojej prostoty i wszechstronności, metoda ta była w dużej mierze ograniczona do powierzchni metali szlachetnych i nie została w pełni rozwinięta pod kątem przenoszenia wzorów na technologicznie istotne podłoża, takie jak krzem i german wolne od tlenków. Ponadto, ponieważ technika ta opiera się na dyfuzji tuszu w celu przeniesienia wzoru z elastomeru na podłoże, rozdzielczość takiego tradycyjnego drukowania jest w zasadzie ograniczona do wartości bliskich 1 μm.10-16
W przeciwieństwie do tradycyjnego drukowania, bezatramentowe wzorowanie μCP opiera się na specyficznej reakcji między substratem unieruchomionym na powierzchni a katalizatorem związanym ze stemplem. Ponieważ technika ta nie polega na dyfuzyjnym tworzeniu się SAM, znacząco rozszerza ona różnorodność powierzchni, na których można tworzyć wzory. Dodatkowo technika bezatramentowa eliminuje ograniczenia rozmiaru elementów wynikające z dyfuzji molekularnej, co ułatwia replikację bardzo małych (&lt;200 nm) struktur.17-23 Jednak do tej pory bezatramentowe μCP było wykorzystywane głównie do wzorowania stosunkowo nieuporządkowanych układów molekularnych, które nie chronią leżących poniżej powierzchni przed degradacją.
W niniejszej pracy przedstawiamy prostą i niezawodną metodę wysokoprzepustowego wzorowania pasywowanego krzemu i germanu za pomocą reaktywnych monowarstw organicznych oraz demonstrujemy selektywną funkcjonalizację wzorowanych podłoży zarówno małymi cząsteczkami, jak i białkami. Technika ta wykorzystuje wstępnie utworzony dwuwarstwowy system reaktywny z grupami NHS na krzemie i germanie wolnych od tlenków. Część NHS jest hydrolizowana w sposób specyficzny dla wzoru za pomocą stempla akrylanowego zmodyfikowanego kwasem sulfonowym, co prowadzi do powstania chemicznie odmiennych wzorów aktywowanych grupami NHS oraz wolnych kwasów karboksylowych. Istotnym ograniczeniem rozdzielczości wielu technik μCP jest stosowanie materiału PDMS, któremu brakuje sztywności mechanicznej niezbędnej do wiernego przeniesienia wzoru. Aby wyeliminować to ograniczenie, zastosowaliśmy polimer akrylanu poliuretanu – materiał stosunkowo sztywny, który można łatwo funkcjonalizować różnymi grupami organicznymi. Nasze podejście do wzorowania całkowicie chroni zarówno krzem, jak i german przed utlenianiem chemicznym, zapewnia precyzyjną kontrolę nad kształtem i rozmiarem elementów wzoru oraz umożliwia łatwy dostęp do chemicznie zróżnicowanych wzorów, które mogą być dalej funkcjonalizowane cząsteczkami organicznymi i biologicznymi. Metoda ta jest uniwersalna i ma zastosowanie do innych powierzchni istotnych technologicznie.

W niniejszej pracy opisujemy prostą metodę wzorowania wolnego od tlenków krzemu i germanu za pomocą reaktywnych monowarstw organicznych oraz demonstrujemy funkcjonalizację wzorowanych podłoży małymi cząsteczkami i białkami. Podejście to zapewnia całkowitą ochronę powierzchni przed utlenianiem chemicznym, umożliwia precyzyjną kontrolę nad morfologią struktur oraz zapewnia łatwy dostęp do wzorów rozróżnialnych chemicznie.

Funkcjonalizacja i wzorowanie krzemu oraz germanu beztlenkowego metodą miękkiej litografii

Rozwój hybrydowych urządzeń elektronicznych opiera się w dużej mierze na integracji materiałów (bio)organicznych i półprzewodników nieorganicznych za pomocą...

Niniejszy protokół przedstawia sposób wzorcowania wolnego od tlenków krzemu i germanu przy użyciu reaktywnych organicznych monowarstw, z zastosowaniem wysoce wydajnego i operacyjnie prostego protokołu drukowania. Przedstawiono również selektywną funkcjonalizację wzorowanych podłoży zarówno za pomocą małych cząsteczek, jak i białek. Pierwszym krokiem protokołu jest kowalencyjna modyfikacja podłoży krzemowych lub germanowych za pomocą wysoce stabilnej pierwotnej monowarstwy organicznej.Zabezpiecza to podstawowy interfejs nieorganiczno-organiczny przed degradacją reaktywną i uszkodzeniami oksydacyjnymi. Kowalencyjnie związana warstwa wierzchnia z estru hydroksymidu jest tworzona w celu zapewnienia utajonych funkcjonalności hydrolitycznych i reaktywnych. W drugim kroku jednorodne, dwuwarstwowe podłoża modyfikowane NHS są wzorowane metodą katalitycznego mikrodruku kontaktowego z użyciem stempla elastomerowego modyfikowanego kwasem sulfonowym; kontakt ze stemplem hydrolizuje grupy NHS, tworząc w ten sposób wzory chemicznie odróżnialnych grup aktywowanych NHS oraz wolnych kwasów karboksylowych. Następnie wzorowane podłoża są funkcjonalizowane małymi cząsteczkami organicznymi oraz białkami.Krok ten polega najpierw na unieruchomieniu heterofunkcyjnych łączników zakończonych kwasem triacetylowym w regionach funkcjonalizowanych NHS, a następnie na selektywnym przyłączeniu białka zielonej fluorescencji z etykietą heksahistydynową. Podejście to pozwala na uzyskanie doskonałych wyników z wzorami różnej intensywności fluorescencji, które są bardzo wyraźne i zachowują wysoką stabilność integralności struktury po wielokrotnych modyfikacjach powierzchni.Główną zaletą tej techniki w stosunku do istniejących metod jest dokładność. Wzorzec jest w rzeczywistości kontrolowany przez precyzję samego stempla, a nie przez dyfuzję. Projekt został pierwotnie zainicjowany pomysłem, że techniki tworzenia wzorów opierające się na reakcji katalitycznej, w przeciwieństwie do zwykłego osadzania, muszą oferować liczne korzyści.Po pierwsze, katalizatory nie ulegają zużyciu w reakcji i mogą być wykorzystywane wielokrotnie. W przeciwieństwie do tradycyjnego drukowania lub nanoszenia, gdzie istnieje ciągła potrzeba dostarczania nowych materiałów do wzorowania. W naszych wczesnych pracach przymocowaliśmy cząsteczkę katalizatora do końcówki AFM, a następnie przesuwaliśmy ją wzdłuż powierzchni w procesie seryjnym, podobnie jak w przypadku narzędzia skrawiającego, aby stworzyć wzór.Jednak zastosowanie stempla elastomerowego stanowiło logiczne rozwinięcie w kierunku równoległych aplikacji produkcyjnych. Jednym z najważniejszych aspektów protokołu jest wykorzystanie dwuwarstwowego układu molekularnego. Układ ten pozwala nam zarówno na osadzanie, jak i funkcjonalizację podłoży organicznych oraz wolnych od tlenków.W idealnym przypadku pierwotna warstwa SAM powinna zapewnić całkowite zakończenie wszystkich wystawionych na zewnątrz atomów powierzchni i utworzyć gęsto upakowany układ molekularny, który chroni powierzchnię zarówno przed utlenianiem, jak i degradacją. Wtórna warstwa wierzchnia powinna zawierać terminalne grupy funkcyjne, które mogą być dalej modyfikowane poprzez dodatkowe transformacje chemiczne. Istotnym ograniczeniem rozdzielczości tradycyjnego druku mikrokontaktowego jest dyfuzja wzoru i cząsteczek.Nasze metody umożliwiają zajście reakcji chemicznej pomiędzy katalizatorem zmobilizowanym na trzonie a substratem przytwierdzonym do krzemu lub germanu. Dzięki tym właściwościom nasza technika pozwala na dokładniejszą replikację elementów o bardzo małych rozmiarach, rzędu 100 nanometrów. Ponieważ metoda ta tworzy wzory chemiczne, możliwe jest ich funkcjonalizowanie poprzez specyficzne reakcje z różnymi cząsteczkami biologicznymi i organicznymi.Ta procedura wymaga użycia kilku niebezpiecznych substancji chemicznych, takich jak kwas fluorowodorowy, roztwór do nanochipów oraz pentachlorek fosforu. Podczas pracy z tymi odczynnikami ważne jest noszenie odpowiedniej odzieży ochronnej i praca w dobrze wentylowanym pomieszczeniu. Najtrudniejszym elementem tego protokołu jest szybkie przeniesienie chlorowanych powierzchni do roztworu Grignarda.Aby zapobiec ponownemu utworzeniu się warstwy tlenków, należy rozpocząć od przygotowania wafla krzemowego 11. Przeciąć go na podłoża o wymiarach jednego centymetra kwadratowego, odpylić podłoża, a następnie opłukać wodą i filtrowanym etanolem. Następnie usunąć wszelkie zanieczyszczenia organiczne, zanurzając podłoża krzemowe w szklanej korycie zawierającym nanos.Roztwór do usuwania warstwy podgrzano do 75 °C. Odczekaj 15 minut, a następnie wypłucz. Oczyść każdy podłoże odfiltrowaną wodą dejonizowaną.Każdy podłoże należy zanurzyć na pięć minut w 5%HF w celu usunięcia natywnej warstwy tlenku, a następnie wysuszyć pozbawiony tlenku krzem azotem. Aby uzyskać podłoże chlorowane, każdy pozbawiony tlenku kawałek krzemu należy natychmiast zanurzyć w fiolce scyntylacyjnej zawierającej dwa mililitry nasyconego pięciochlorku fosforu w chlorobenzenie. Po zakończeniu reakcji.Pozostawć fiolki do ochłodzenia w temperaturze pokojowej. Przemyć każdą powierzchnię chlorobenzenem i osuszyć pod strumieniem przefiltrowanego azotu. Następnie umieścić każdą chlorowaną powierzchnię krzemową w fiolce ciśnieniowej zawierającej cztery mililitry chlorku magnezu w propanolu.Inkubuj fiolki ciśnieniowe w temperaturze 130 °C przez 24 godziny. Po ostygnięciu fiolek ciśnieniowych do temperatury pokojowej, szybko przemyj każdą powierzchnię dichlorometanem i etanolem, a następnie wysusz w strumieniu filtrowanego azotu, analogicznie do przygotowania podłoża krzemowego. Potnij wafle germanowe na kwadraty o boku jednego centymetra, a następnie odpyl i przemyj wodą oraz filtrowanym etanolem.Usuń zanieczyszczenia organiczne, zanurzając podłoża w naczyniu z acetonem na 20 minut. Następnie zanurz je w 10% roztworze HCL na 15 minut. Wysusz podłoża azotem i umieść każdą chlorowaną powierzchnię w fiolce ciśnieniowej zawierającej cztery mililitry chlorku magnezu w oktanu.Inkubować fiolki w temperaturze 130 °C przez 48 godzin. Po inkubacji pozwolić fiolkom ostygnąć do temperatury pokojowej, a następnie szybko wypłukać każdy wafle dichlorometanem i etanolem. Osuszyć wafle pod strumieniem przefiltrowanego azotu.Zacznij od naniosienia pipetą kilku kropli roztworu NHS Diaz na powierzchnię z grupami metylowymi. Pozostaw roztwór, aby rozprzestrzenił się po całej powierzchni. Umieść powierzchnie pod lampą UV na 30 minut.Następnie nanieść na powierzchnię kolejne krople NHS Diaz i pozwolić reakcji przebiegać przez dodatkowe 30 minut. Przemyć powierzchnie zmodyfikowane NHS dichlorometanem i etanolem, a następnie wysuszyć je strumieniem filtrowanego azotu.Następnie należy przeprowadzić funkcjonalizację małych cząsteczek. Na koniec przeanalizuj powierzchnie za pomocą XPS, aby określić skład pierwiastkowy. Rozpocznij przygotowanie stempla, mieszając etanosulfonian sodu w 10 ml 4 N roztworu HCl w dioksanie.Mieszać roztwór w temperaturze pokojowej przez dwie minuty. Odfiltrować chlorek sodu za pomocą gęstego filtra szklanego, a następnie przez membranowy filtr strzykawkowy z PTFE o rozmiarze porów 0,2 mikrona. Następnie należy pobrać klarowny roztwór kwasu tumor capto etanosulfonowego w dioksanie i odparować dioksan pod zmniejszonym ciśnieniem.Przeprowadź reakcję otrzymanego kwasu sulfonowego z dwoma mililitrami prepolimerowej mieszaniny akrylanu poliuretanu w temperaturze pokojowej, a następnie w próżni w temperaturze 50 °C. Należy upewnić się, że mieszanina została całkowicie oczyszczona z uwięzionych pęcherzyków powietrza, aby zapewnić prawidłową polimeryzację prepolimerowej mieszaniny. Ważne jest, aby nie przegrzać próbki podczas reakcji.Dodaj kwas fonowy i odgazuj roztwór w próżni. Gdy roztwór stanie się lepki, wlej go na wzorcową formę krzemową i przykryj płaskim szkiełkiem podstawowym owiniętym parafilmem. Następnie utwardź formę, naświetlając ją światłem UV. Po polimeryzacji zdejmij szkiełko i parafilm, a następnie ostrożnie odklej stempel od wzorca, dotnij go do odpowiedniego rozmiaru i przemyj etanolem oraz wodą.Następnie osuszyć go za pomocą przefiltrowanego azotu. Kolejny krok jest najważniejszym etapem protokołu. Umieścić stempel na powierzchni podłoża zmodyfikowanego NHS, nie stosując żadnego zewnętrznego obciążenia w celu ich przytrzymania.Należy nie przesuwać stempla ani nie wywierać zbyt dużego nacisku. Po odczekaniu jednej minuty należy wypłukać podłoże i stempel wodą z etanolem, a następnie ponownie etanolem, po czym wysuszyć pod strumieniem przefiltrowanego azotu. Stemple należy przechowywać w temperaturze pokojowej w celu analizy uzyskanego wzoru.Należy wykorzystać boczna mikroskopię sił atomowych w trybie kontaktowym oraz skaningową mikroskopię elektronową. Na tym etapie unieruchamiamy GFP na wzorowanej powierzchni krzemowej. W pierwszej kolejności modyfikujemy aktywny ester pochodną NTA, a następnie unieruchamiamy białko z tagiem HIIN na powierzchni poprzez chelatowanie niklem.W tym kroku ważne jest utrzymanie badanej biomolekuły w odpowiedniej temperaturze, aby uniknąć niepożądanej degradacji. Aby przyłączyć białka do wzoru NHS na podłożu bifunkcyjnym, należy zanurzyć je w roztworze lizyny, kwasu nnn dia athetic i trietyloaminy. Po godzinie podłoża należy przepłukać wodą, a następnie etanolem.Następnie inkubuj podłoża przez pięć minut w roztworze chelatującym siarczanu niklu. Potem opłucz podłoża wodą oraz buforem wiążącym, a następnie zanurz je w kąpieli z lodowatym roztworem GFP. Po godzinie opłucz podłoża tym samym buforem wiążącym, a następnie przemyj je w PBS.Następnie należy przechowywać substraty w PBS w temperaturze 0°C przed analizą. Na koniec powierzchnie analizuje się za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej w celu wizualizacji obszarów zmodyfikowanych GFP. Do stworzenia wzorów chemoselektywnych na krzemie wolnym od tlenków zastosowano nanostrukturyzację litograficzną Soft B; w przypadku germanu reakcja między substratem funkcjonalizowanym NHS w stemplu z wzorem katalitycznym prowadzi do hydrolizy grup NHS w obszarach kontaktu konformacyjnego, co daje wzór na substracie funkcjonalnym zawierający regiony z aktywowanym przez NHS oraz wolnymi kwasami karboksylowymi.Dzięki temu, że metoda ta nie opiera się na dyfuzji, rozdzielczość jest zbliżona do rozdzielczości fotolitografii, co widać na przykładzie struktur o rozmiarze 125 nanometrów. Struktury te zostały powtórzone w sposób jednolity na całej powierzchni podłoża krzemowego. Wymiary wydrukowanych struktur były identyczne z wymiarami w odpowiadającej im matrycy krzemowej oraz stemplu katalitycznym.Co istotne, stempel katalityczny może być używany wielokrotnie bez utraty wydajności. Chemoselektywna funkcjonalizacja wzorowanych półprzewodników została przeprowadzona poprzez wykorzystanie różnic w reaktywności aktywowanych i wolnych kwasów karboksylowych. Najpierw do regionów funkcjonalizowanych NHS przymocowano heterobifunkcyjne łączniki zakończone kwasem niello trice, a następnie powstałą powierzchnię wzorowaną NHS wykorzystano jako szablon do selektywnego przyłączania tagu heksahistydynowego G-F-P-N-H-S.Krzem został poddany funkcjonalizacji chemicznej cząsteczkami białek. Zastosowanie tej metody w mikroskopii fluorescencyjnej wykazało wyraźną różnicę w intensywności sygnału pomiędzy obszarami zmodyfikowanymi GFP a obszarami z wolnym kwasem karboksylowym poddanym hydrolizie. Rozmiar i kształt odwzorowanych struktur są zgodne zarówno dla powierzchni wzorowanych za pomocą NHS, jak i zmodyfikowanych GFP, co potwierdza wyjątkową stabilność powierzchni pasywowanych węglem oraz selektywność metody stemplowania.Przedstawiony protokół jest formą druku mikrokontaktowego z użyciem tuszu, którą można zastosować uniwersalnie do każdego podłoża zdolnego do utrzymania prostych, dobrze uporządkowanych monowarstw. Ponieważ proces ten nie opiera się na przenoszeniu tuszu ze stempla na powierzchnię, wyeliminowano ograniczenia rozdzielczości dyfuzyjnej charakterystyczne dla tradycyjnego i reaktywnego druku mikrokontaktowego.Umożliwia rutynowe wytwarzanie obiektów w skali nanometrycznej. Wprowadzenie pierwotnego, wysoce uporządkowanego systemu molekularnego zapewnia pełną ochronę leżącego poniżej półprzewodnika przed uszkodzeniami oksydacyjnymi. Tworzenie wybiórczych patentów CHE dostarcza specjalnie rozdzielonych punktów przyczepienia dla różnych cząsteczek biologicznych i organicznych.Wykorzystując różną aktywność wolnych i aktywowanych grup carc, udało nam się unieruchomić nienaruszone białka histonowe na stworzonych wzorach. Metoda ta nie ogranicza się jednak wyłącznie do białek histonowych i może być stosowana do unieruchamiania innych biomolekuł, takich jak DNA i przeciwciała. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dobrą wiedzę na temat tego, jak modyfikować pasywowany krzem lub german za pomocą systemu molekularnego i wzoru katalitycznego.Zmodyfikowane podłoża NHS. Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby pracować w czystym, wolnym od kurzu środowisku. Należy również stosować niezbędne środki ostrożności podczas pracy z materiałami niebezpiecznymi, takimi jak HF i nanos.Stripp.

soft-lithographic-functionalization-patterning-oxide-free-silicon

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Funkcjonalizacja i wzorowanie beztlenowcowe krzemu i germanu za pomocą litografii miękkiej

Ten protokół opisuje metodę tworzenia wzorów komórkowych na SiO2 kompatybilną z mikrofabrykacją. Predefiniowany wzór parylenu-C jest drukowany fotolitograficznie na płytkach SiO2. Po inkubacji z surowicą (lub innym roztworem aktywacyjnym) komórki przylegają specyficznie (i rosną zgodnie z zgodnością) leżącego poniżej parylenu-C, będąc jednocześnie odpychane przez regiony SiO2.

Wzorcowanie komórek na zdefiniowanych fotolitograficznie 
Parylene-C: Substraty SiO2

Ten artykuł przedstawia strategię mikroprodukcji 3D addytywnej (określanej jako 'mikromurarstwo') do elastycznego wytwarzania struktur i urządzeń systemów mikroelektromechanicznych (MEMS). Podejście to obejmuje montaż materiałów w mikro i nanoskali w oparciu o druk transferowy w połączeniu z technikami szybkiego łączenia materiałów z wykorzystaniem wyżarzania termicznego.

Mikromurarstwo do mikroprodukcji addytywnej 3D

Omówiono proces produkcji i eksperymentalne techniki charakterystyki pomp jednoelektronowych opartych na kropkach kwantowych krzemowo-metalowo-tlenkowo-półprzewodnikowych.

Kropki kwantowe krzemowo-metalowo-tlenkowo-półprzewodnikowe do pompowania pojedynczych elektronów

Ten raport opisuje prostą, łatwą do wykonania technikę, wykorzystującą próżnię niskociśnieniową, do wypełniania kanałów mikroprzepływowych komórkami i substratami do badań biologicznych.

Wszechstronna metoda modelowania białek i komórek

Przedstawiamy szczegółową metodę wytwarzania odkształcalnej bocznej matrycy fototranzystorów NIPIN dla zakrzywionych czujników obrazu. Matryca fototranzystorów o otwartej formie siatki, która składa się z cienkich wysp krzemowych i rozciągliwych metalowych łączników, zapewnia elastyczność i rozciągliwość. Analizator parametrów charakteryzuje właściwości elektryczne wyprodukowanego fototranzystora.

Wykonanie elastycznego przetwornika obrazu opartego na bocznych fototranzystorach NIPIN

Teoretyczne obliczenia i eksperymentalna weryfikacja są proponowane w celu zmniejszenia gęstości dyslokacji gwintów (TD) w warstwach epitaksjalnych germanu z półcylindrycznymi pustkami na krzemie. Przedstawiono obliczenia oparte na oddziaływaniu TD z powierzchnią za pomocą siły obrazu, pomiary TD oraz obserwacje TD za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego.

Obliczenia teoretyczne i weryfikacja eksperymentalna redukcji dyslokacji w warstwach epitaksjalnych germanu z półcylindrycznymi pustkami na krzemie

Ta praca przedstawia protokoły mikrofabrykacji do uzyskiwania wnęk i filarów o profilach reentrantowych i podwójnie reentrantowych na płytkach SiO2/Si za pomocą fotolitografii i suchego trawienia. Powstałe w ten sposób mikroteksturowane powierzchnie wykazują niezwykłą odporność na ciecze, charakteryzującą się solidnym, długotrwałym zatrzymywaniem powietrza pod zwilżającymi cieczami, pomimo wewnętrznej zwilżalności krzemionki.

Nadawanie powierzchniom SiO2/Si omnifobii poprzez rzeźbienie mikrotekstur zatrzymujących gaz, zawierających wnęki lub filary reentrantowe i podwójnie współbieżne

Przedstawiono protokół chemicznego imprintingu 3D mikroskalowych elementów 3D z dokładnością poniżej 20 nm do stałych i porowatych płytek krzemowych.

Elektrochemiczne nanoimprinting wspomagany metalem porowatych i litych płytek krzemowych

Ta praca przedstawia szczegółowy protokół mikrowytwarzania nanostrukturalnego wspornika α-kwarcowego na podłożu w technologii Silicon-On-Insulator(SOI), zaczynając od epitaksjalnego wzrostu warstwy kwarcowej metodą powlekania zanurzeniowego, a następnie nanostrukturyzacji cienkiej warstwy za pomocą litografii nanoimprint.

Epitaksjalne nanostrukturalne warstwy α-kwarcowe na krzemie: od materiału do nowych urządzeń

Opracowano wszechstronną technikę litografii plazmowej do tworzenia stabilnych wzorów powierzchniowych służących do kierowania adhezją komórkową. Technika ta może być stosowana do tworzenia sieci komórkowych, w tym takich, które naśladują naturalne tkanki, i była wykorzystywana do badania kilku odrębnych typów komórek.

Wzornictwo powierzchni metodą litografii plazmowej do tworzenia sieci komórkowych

Poznaj metodę miękkiej litografii do nanostrukturyzacji beztlenkowego krzemu i germanu za pomocą reaktywnych monowarstw organicznych. Technika umożliwia precyzyjną funkcjonalizację powierzchni małymi cząsteczkami i białkami.

Funkcjonalizacja i wzorowanie krzemu oraz germanu beztlenkowego metodą miękkiej litografii

Przeglądaj więcej filmów