Seletiva Área Modificação de Superfície Wettability Silicon por Pulsed Laser irradiação UV em meio líquido

O objetivo geral deste experimento é demonstrar a formação de superfícies hidrofílicas e hidrofóbicas em silicone mediante irradiação com lasers de fluoreto de criptônio e fluoreto de argônio a partir de amostras imersas em soluções de baixa concentração de peróxido de hidrogênio ou metanol. Este método pode auxiliar na resposta de algumas questões-chave no campo da interação laser-semicondutor relativas à modificação química seletiva de áreas na superfície do semicondutor, o que pode ser adequado para aplicações em biossensores. A principal vantagem desta técnica é que ela pode ser aplicada no controle in loco da viabilidade da superfície de silício sem a necessidade de superfície sob vácuo.

Morfologia do semicondutor. Tivemos inicialmente a ideia deste método. Estamos investigando o processo baseado em laser U para a formação seletiva de áreas de defeitos na superfície utilizados na tecnologia.

Agora, como em uma mistura quântica, a demonstração visual deste método é fundamental, pois a formação de bolhas de ar na câmara simples e a irradiação com o feixe homogeneizado do laser EXIM são etapas relativamente difíceis. Para começar, utilize um estilete de diamante para clivar uma pastilha de silício dopado com fósforo, com um lado polido, em amostras de doze milímetros por seis milímetros e com espessura de 380 mícrons. Em seguida, limpe as amostras enxaguando-as em acetona e, depois, em álcool isopropílico, durante cinco minutos cada.

Em seguida, ataque as amostras em uma solução de ácido fluorídrico a 0,9% por um minuto para remover o óxido inicial, depois enxágue-as em água desionizada e seque-as com um fluxo de nitrogênio de alta pureza. Armazene as amostras preparadas em um saco preenchido com nitrogênio para inibir a oxidação; quando estiver pronto para continuar, coloque as amostras em uma câmara com 0,74 milímetro de altura. Preencha a câmara com peróxido de hidrogênio a 0,01 a 0,2% diluído em água ou com metanol DGA, e em seguida feche a câmara com uma janela de sílica fundida que tenha alta transmissão à luz ultravioleta.

Certifique-se de que não haja bolhas de ar no interior da câmara. Irradie a amostra com um feixe homogeneizado em apenas dois pontos de cada amostra, aumentando o número de pulsos de 100 a 600 em incrementos de 100 pulsos, através de uma máscara circular com quatro milímetros de diâmetro. Em seguida, irradie as amostras da mesma maneira utilizando uma máscara em forma de folha de bordo.

Quando terminar, enxágue as amostras com água ionizada e, em seguida, seque-as com jato de nitrogênio. Dilua esferas nanométricas de 40 nanômetros de diâmetro conjugadas com biotina e marcadas com fluoresceína em PBS até uma concentração de um vezes 10 à 12ª partículas por mililitro, à temperatura ambiente. Em seguida, imerja as amostras irradiadas com laser de criptônio-flúor nesta solução por duas horas, à temperatura ambiente. Depois, mergulhe as amostras irradiadas em PBS por um minuto para eliminar da superfície quaisquer esferas nanométricas marcadas com fluoresceína que não estejam ligadas.

Inicie colocando a amostra sobre uma superfície plana e limpa, formando uma gota na ponta da seringa microscópica e abaixando-a lentamente até a superfície da amostra até que entre em contato e seja transferida para a superfície. Utilizando uma câmera CCD, capture e salve as imagens do perfil da gota d'água, medindo independentemente cada ângulo de contato em cada um dos pontos do laser. Em seguida, carregue as imagens no ImageJ e utilize o plugin de análise de gotas Drops Snake para estimar e calcular a média dos valores dos ângulos de contato.

Inicie transformando as imagens em imagens em escala de cinza. Em seguida, delimite o contorno da gota da esquerda para a direita para inicializar a snake. Aceite a curva que conecta esses nós e evolua a curva pressionando o botão snake.

Repita este processo para cada gota que foi imageada. Calcule o valor médio do ângulo de contato a partir de quatro locais irradiados com laser em amostras diferentes para realizar a espectroscopia fotoeletrônica de raios X. Comece carregando as amostras na câmara de vácuo e estabelecendo um vácuo de um vezes 10 à potência de menos nove.

Em seguida, adquira os dados de análise superficial em modos de energia constante com energia de passagem de 50 elétron-volts. Direcione uma área de 220 mícrons por 220 mícrons utilizando uma emissão de alumínio K alpha produzida por feixe de elétrons com potência de 150 watts. A seguir, adquira varreduras de alta resolução da mesma área analisada utilizando uma energia de passagem de 20 elétron-volts.

Finalmente, processe os espectros adquiridos com o software apropriado de quantificação, conforme as especificações do fabricante. Esses resultados de ângulo de contato foram obtidos após uma exposição média de 10 minutos a soluções de peróxido de hidrogênio. O ângulo de contato diminui com o aumento do número de pulsos para todas as diferentes concentrações de peróxido.

O ângulo de contato mínimo de cerca de 15 graus foi obtido utilizando soluções de peróxido de hidrogênio a 0,02% e 0,01%, com 500 pulsos. Dados de espectroscopia fotoeletrônica de raios X mostram que as quantidades de dióxido de silício e hidróxido de silício na região irradiada por um laser de fluoreto de criptônio são maiores do que nas áreas não irradiadas. Como superfícies revestidas com dióxido de silício apresentam um ângulo de contato mínimo entre 45 e 50 graus, e camadas de hidróxido de silício têm um ângulo de contato mínimo de 13 graus, a monocamada superhidrofílica de hidróxido de silício é a mais provável responsável pela redução do ângulo de contato nas amostras irradiadas.

Como as nanoesferas fluorescentes revestidas com biotina se imobilizam preferencialmente em superfícies de silicone hidrofóbicas não irradiadas, o padrão em forma de folha de bordo observado sobre o fundo verde indica a área de uma superfície fortemente hidrofílica fabricada pelo laser KRF. Ao aplicar este procedimento, é importante lembrar-se de minimizar a oxidação causada pela exposição ao ar e reduzir a formação de bolhas durante a irradiação a laser. Outros métodos, utilizando, por exemplo, lâmpadas UV, também poderiam ser investigados para superfícies quimicamente modificadas com capacidade de materiais.

A vantagem potencial deste método reside na sua capacidade de transformar uma superfície de silicone de hidrofóbica para hidrofílica e vice-versa, sem a necessidade de remover a onda de uma câmara de processamento. Uma vez dominada, essa técnica pode ser concluída em cerca de 30 minutos, dependendo da complexidade do padrão para modificação seletiva pelo ar. Assim, após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como usar a luz UUV de um laser de excímero para controlar a capacidade de uma superfície de silicone em áreas selecionadas.

Não se esqueça de que trabalhar com luz UV pode ser extremamente perigoso e que equipamentos de proteção contra UV devem sempre ser usados ao realizar este procedimento. Além disso, trabalhar com ácido fluorídrico é perigoso e exige o uso de luvas de borracha e equipamento de proteção facial.