Funcionalização litografia macia e livre de óxido Patterning silício e germânio

Este protocolo mostra como criar padrões de silício livre de óxido em germânio com monocamadas orgânicas reativas, utilizando um protocolo de impressão altamente eficiente e operacionalmente simples. Também é demonstrada a funcionalização seletiva dos substratos padronizados com moléculas pequenas e proteínas. O primeiro passo do protocolo consiste em modificar covalentemente substratos de silício ou germânio com uma monocamada orgânica primária altamente estável.

Isso protege a interface orgânica-inorgânica subjacente contra degradação reativa e danos oxidativos. A camada superior de éster hidroxi-amídico ligada covalentemente é formada para fornecer funcionalidades latentes hidrolíticas e reativas. Em um segundo passo, os substratos modificados com bicamada uniforme de NHS são padronizados por impressão catalítica por microcontato, utilizando um carimbo elastomérico modificado com ácido sulfônico. O contato com o carimbo hidrolisa os grupos NHS, formando assim padrões de ácidos carboxílicos livres e ativados com NHS, quimicamente distintos. Em seguida, os substratos padronizados são funcionalizados com moléculas orgânicas pequenas e proteínas.

Esta etapa é realizada primeiramente fixando o Trello NI. Ligadores heterofuncionais terminados em ácido triacético nas regiões funcionalizadas com NHS e, em segundo lugar, pela ligação seletiva da proteína verde fluorescente marcada com hexa-histidina. A abordagem produz excelentes resultados com padrões de intensidade de fluorescência diferencial bastante nítidos e um padrão de integridade notavelmente estável após múltiplas modificações superficiais.

Portanto, a principal vantagem dessa técnica em relação aos métodos existentes é a precisão. O padrão é realmente controlado pela exatidão do carimbo em si, ao contrário da difusão. O projeto foi originalmente iniciado a partir da ideia de que técnicas de padronização que dependem de reação catalítica, em vez de simples deposição, devem apresentar diversas vantagens.

Primeiramente, os catalisadores não são consumidos na reação e podem ser reutilizados várias vezes, ao contrário da impressão ou deposição tradicional, nas quais é necessário fornecer continuamente novos materiais para a criação de padrões. Em nossos trabalhos iniciais, na verdade, ligamos uma molécula catalisadora a uma ponta de MF-A e, em seguida, a arrastamos pela superfície em um processo serial, semelhante a uma máquina-ferramenta, para criar padrões.

Mas o carimbo elastomérico foi uma extensão lógica para aplicações de fabricação paralela prontas. Um dos aspectos mais importantes do protocolo é o uso do sistema molecular em bicamada. O sistema nos permite tanto gravar quanto funcionalizar substratos livres de óxido e substratos orgânicos.

Idealmente, o SAM primário inicial deve alcançar a terminação completa de todos os átomos expostos na superfície e formar um sistema molecular compacto, o qual pode proteger a superfície tanto contra oxidação quanto degradação. A camada secundária sobrejacente deve conter grupos funcionais terminais, que podem ser posteriormente modificados por meio de transformações químicas adicionais. As limitações significativas à resolução da impressão por microcontato tradicional são a difusão do padrão e das moléculas.

Nosso método permite uma reação química entre um catalisador atualmente imobilizado em um talo e um substrato ligado ao silício ou ao germânio. Devido a essas propriedades, nossa técnica experimenta a replicação de características muito pequenas com tamanho de 100 nanômetros ou mais. Ou, como o método cria padrões químicos, é possível funcionalizá-los por meio de reações específicas com diferentes moléculas biológicas e orgânicas.

Este procedimento exige o uso de diversos produtos químicos perigosos, como ácido fluorídrico, solução de nano chip e pentacloreto de fósforo. Ao manipular esses reagentes, é importante usar roupas de proteção adequadas e trabalhar em um ambiente bem ventilado. A parte mais desafiadora deste protocolo é mover rapidamente as superfícies cloradas para a solução greenard.

Para evitar a re-formação da camada de óxido, comece preparando uma placa de silício 11. Corte-a em substratos quadrados de um centímetro, remova a poeira dos substratos e enxágue-os com água e etanol filtrado. Em seguida, elimine qualquer contaminação orgânica mergulhando os substratos de silício em um recipiente de vidro contendo nanos.

Solução de remoção aquecida a 75 graus Celsius. Aguarde 15 minutos, depois enxágue. Limpe cada substrato com água filtrada desionizada.

Submeta cada substrato a um banho de cinco minutos em uma solução de 5% de HF para remover a camada de óxido nativo e, em seguida, seque o silício livre de óxido com nitrogênio. Para produzir um substrato clorado, mergulhe imediatamente cada pedaço de silício livre de óxido em um frasco de cintilação contendo dois mililitros de pentacloreto de fósforo saturado em clorobenzeno. Após a conclusão da reação.

Deixe os frascos esfriarem à temperatura ambiente. Enxágue cada superfície com cloreto de benzeno e seque sob nitrogênio filtrado. Em seguida, coloque cada superfície de silício clorada em um frasco de pressão contendo quatro mililitros de cloreto de magnésio em propanol.

Incube os frascos de pressão a 130 graus Celsius por 24 horas. Após os frascos de pressão terem esfriado até a temperatura ambiente, enxágue rapidamente cada superfície com diclorometano e etanol e seque sob nitrogênio filtrado, como no preparo do substrato de silício. Corte uma pastilha de germânio em quadrados de um centímetro e remova a poeira, enxaguando com água e etanol filtrado com germânio.

Remova contaminantes orgânicos mergulhando os substratos em um recipiente com acetona por 20 minutos. Em seguida, mergulhe-os em uma solução de HCl 10% por 15 minutos. Seque os substratos com nitrogênio e coloque cada superfície clorada em um vial de pressão contendo quatro mililitros de cloreto de magnésio octal.

Incube os frascos a 130 graus Celsius por 48 horas. Após a incubação, deixe os frascos esfriarem até a temperatura ambiente e enxágue rapidamente cada pastilha com diclorometano e etanol. Seque as pastilhas sob nitrogênio filtrado.

Inicie pipetando algumas gotas de Solução NHS Diaz sobre a superfície terminada em metila. Deixe a solução espalhar por toda a superfície. Coloque as superfícies sob uma lâmpada de UV por 30 minutos.

Em seguida, adicione mais gotas de NHS Diaz à superfície e deixe a reação prosseguir por mais 30 minutos. Lave as superfícies modificadas com NHS usando diclorometano e etanol, e seque-as sob nitrogênio filtrado.

Em seguida, prossiga com a funcionalização das moléculas pequenas. Por fim, analise as superfícies por XPS para determinar a composição elementar. Inicie a preparação do carimbo misturando tiorretolato de sódio em 10 mililitros de solução de HCl 4 normal em dioxano.

Agite a solução à temperatura ambiente durante dois minutos a partir da solução. Filtre o cloreto de sódio por meio de um filtro de vidro fino e, em seguida, por um filtro de seringa com membrana de PTFE de 0,2 mícron. Agora, pegue a solução clara de ácido capto etano sulfônico em dioxano e evapore o dioxano sob pressão reduzida.

Reaja o ácido sulfônico resultante com dois mililitros de acrilato de poliuretana, mistura pré-polimérica, à temperatura ambiente e, em seguida, sob vácuo a 50 graus Celsius. Certifique-se de liberar completamente a mistura do ar aprisionado para garantir a polimerização bem-sucedida da mistura pré-polimérica. É importante nunca aquecer durante a reação comigo.

CAPTA atenua o ácido fônico e, quando a oxigenação ocorrer sob vácuo, enquanto a solução estiver viscosa, despeje-a sobre o molde mestre de silício e cubra com uma lâmina de vidro plana envolta em parafilm. Em seguida, cure o molde expondo-o à luz UV. Após a polimerização, remova a lâmina de vidro e o filme de parafilm e retire cuidadosamente o carimbo do molde mestre, corte-o no tamanho apropriado e lave-o com etanol e água.

Em seguida, seque com nitrogênio filtrado. O seguinte é o passo mais importante do protocolo. Coloque o carimbo sobre o substrato modificado com NHS sem carga externa para mantê-los unidos.

Não envie o carimbo nem aplique pressão excessiva. Aguarde um minuto, depois lave o substrato e o carimbo com água etanólica e, em seguida, com etanol novamente, seguido de secagem sob nitrogênio filtrado. Armazene os carimbos à temperatura ambiente para analisar o padrão produzido.

Utilize microscopia de força atômica lateral em modo de contato e microscopia eletrônica de varredura. Nesta etapa, mobilizamos GFP para a superfície de silício padronizada. Primeiro, iniciamos modificando o éster ativado com um derivado de NTA, em seguida imobilizamos a proteína com marcação HIIN à superfície por meio de quelamento com níquel.

É importante nesta etapa manter a biomolécula de interesse na temperatura apropriada para evitar degradação indesejada. Para ligar proteínas ao padrão NHS, em um substrato bifuncional, submergi-lo em uma solução de lisina, ácido nnn dia atético e trietilamina. Após uma hora, lavar os substratos com água, seguido por etanol.

Agora, incube os substratos por cinco minutos em uma solução quelante de sulfato de níquel. Em seguida, lave os substratos com água e tampão de ligação, seguido pela imersão em um banho de solução de GFP gelada. Uma hora depois, lave os substratos com o mesmo tampão de ligação, seguido por uma lavagem em PBS.

Em seguida, armazene os substratos em PBS a zero grau Celsius antes da análise. Por fim, analise as superfícies por microscopia fluorescente para visualizar as áreas modificadas com GFP. A nano-padrinagem litográfica por litografia macia B foi utilizada para criar padrões quimiosseletivos em silício livre de óxido e em germânio; a reação entre o substrato funcionalizado com NHS na matriz de carimbo catalítica leva à hidrólise dos grupos NHS nas áreas de contato conformacional, gerando um padrão em substrato funcional com regiões ativadas com NHS e ácidos carboxílicos livres.

Devido à natureza livre de difusão do método, a resolução é próxima à da fotolitografia, conforme observado em características de 125 nanômetros. Essas características foram reproduzidas uniformemente em toda a superfície do substrato de silício. As dimensões das características impressas eram idênticas às do molde de silício correspondente e do carimbo catalítico.

Notavelmente, o carimbo catalítico pode ser reutilizado várias vezes sem perda de eficiência. A funcionalização quimiosseletiva de semicondutores com padrão foi realizada explorando as reatividades diferenciais de ácidos carboxílicos ativados e livres. Primeiro, ligadores heterobifuncionais terminados em ácido niélico tricarboxílico foram fixados nas regiões funcionalizadas com NHS e, em seguida, utilizados na superfície com padrão NHS resultante como molde para a ligação seletiva do padrão de marcação hexa-histidina G-F-P-N-H-S.

O silício foi quimiofuncionalizado com moléculas de proteína. Usando essa abordagem sob microscopia de fluorescência, houve uma diferença clara de intensidade entre as regiões modificadas com GFP e as regiões de ácido carboxílico livre hidrolisadas. O tamanho e a forma das características replicadas são consistentes entre as superfícies padronizadas com NHS e as modificadas com GFP, confirmando a notável estabilidade das superfícies passivadas com carbono e a seletividade da abordagem de carimbamento.

O protocolo apresentado é uma forma de tinta, com menos impressão por microcontato, que pode ser universalmente aplicada a qualquer substrato capaz de suportar monocamadas simples e bem ordenadas. Como o processo não depende da transferência de tinta do carimbo para a superfície, a limitação de resolução difusiva da impressão por microcontato tradicional e reativa é eliminada.

Permite a fabricação rotineira de objetos em escala nanométrica. A incorporação de um sistema molecular primário e altamente ordenado proporciona proteção completa do semicondutor subjacente contra danos por oxidação. A formação de patentes seletivas de CHE fornece pontos de ligação especialmente definidos para uma variedade de moléculas biológicas e orgânicas.

Ao utilizar diferentes atividades das cascatas livres e ativadas de caspase, foi possível mobilizar proteínas histo intactas sobre os padrões criados. No entanto, este método não se limita a proteínas histo intactas, podendo ser usado para imobilizar outras biomoléculas, como DNAs e anticorpos. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como modificar silício ou germânio passivado com um sistema molecular e padrão catalítico.

Os substratos modificados com NHS. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de trabalhar em um ambiente limpo e livre de poeira. Também é essencial adotar as precauções de segurança necessárias ao manipular materiais perigosos, como HF e nanos.Stripp.