Här beskriver vi en enkel metod för mönstring oxid-fri kisel och germanium med reaktiva organiska monolager och visa funktionalisering av mönstrade substrat med små molekyler och proteiner. Den strategi som skyddar helt ytor från kemisk oxidation, ger exakt kontroll över funktionen morfologi, och ger god tillgång till kemiskt diskriminerad mönster.
Utvecklingen av hybrid elektroniska enheter förlitar sig till stor del om integration av (bio) organiska material och oorganiska halvledare genom en stabil gränssnitt som möjliggör effektiv elektrontransport och skyddar underliggande substrat från oxidativ nedbrytning. Grupp IV halvledare effektivt kan skyddas med högt beställt själv-monterade monolager (SAMS) består av enkla alkylkedjor som fungerar som ogenomträngliga hinder för både organiska och vattenlösningar. Enkel alkyl Sams, dock är inert och inte mottagliga för traditionell mönstring tekniker. Motivet för immobilisera organiska molekylära system på halvledare är att ge nya funktioner till ytan som kan ge optiska, elektroniska och mekaniska funktion, samt kemiska och biologiska aktivitet.
Microcontact utskrift (μ CP) är en mjuk-litografiska tekniken för mönstring SAMs på otaliga ytor. 1-9 Trots simplicity och mångsidighet, har strategin varit i stort sett begränsade till ädla metallytor och har inte välutvecklad för mönster överföring till tekniskt viktiga substrat som oxid-fri kisel och germanium. Dessutom, eftersom denna teknik bygger på att bläcket spridning för att överföra mönster från elastomer till underlaget, är upplösningen på sådana traditionella utskrifter i huvudsak begränsad till nära 1 μ m. 10-16
I motsats till traditionella utskrift, beroende inkless μ CP mönster på en specifik reaktion mellan en yta immobiliserade-substrat och en stämpel-bunden katalysator. Eftersom tekniken inte förlitar sig på diffusionsprovtagare SAM bildas, expanderar kraftigt mångfald patternable ytor. Dessutom undanröjer inkless tekniken begränsningar karaktäristisk storlek som följer av molekylär diffusion, som underlättar replikering av mycket små (<200 nm) funktioner. 17-23 Men fram tills nu, inkless μ CP har främst använts för mönstring relativt oordnat molekylära system, som inte skyddar underliggande ytor från nedbrytning.
Här rapporterar vi en enkel, pålitlig hög genomströmning metod för mönstring passiveras kisel och germanium med reaktiva organiska monolager och visa selektiv funktionalisering av mönstrade substrat med både små molekyler och proteiner. Tekniken använder en förformade NHS-reaktivt tvåskiktade system på oxid-fri kisel och germanium. NHS fraktion hydrolyseras i ett mönster-specifikt sätt med en sulfonsyra-modifierat akrylat stämpel för att producera kemiskt distinkta mönster av NHS aktiveras och fri karboxylsyror. En betydande begränsning av resolutionen av många tekniker μ CP är användning av PDMS material som saknar mekanisk styvhet som behövs för high fidelity överföring. För att lindra denna begränsning har vi använt en polyuretan akrylatpolymer, ett relativt styvt material som kanlätt functionalized med olika organiska beståndsdelarna. Vår mönstring tillvägagångssätt skyddar helt både kisel och germanium från kemisk oxidation, ger exakt kontroll över formen och storleken på det mönstrade funktioner och ger god tillgång till kemiskt diskriminerade mönster som kan ytterligare functionalized med både organiska och biologiska molekyler. Den metod som är generell och gäller för andra tekniskt-relevanta ytor.
Den presenterade protokollet är en form eller inkless microcontact utskrift som kan allmänt tillämpas på alla underlag som kan stödja enkla välordnade monolager. I denna metod, överför en stämpel-immobiliserade katalysator ett mönster på en yta med motsvarande funktionella grupper. Eftersom processen inte är beroende av bläck överföring från stämpeln till ytan diffusiv upplösningen begränsning av traditionella och reaktiva μCP är undanröjd, tillåter rutinmässig tillverkning av nanoskala objekt. Införlivandet av en primär högt beställt molekylära system som ger fullständigt skydd av den underliggande halvledare från oxidering skador. Samtidigt stöder metoden fixering av skrymmande reaktiva grupper genom att använda en sekundär reaktiv overlayer, tillsammans systemet uppnår både skydd och funktionalisering.
Tekniken börjar med bildandet av stabila kol-yta obligationer möjliggör kemiskt inert priy cellslager som fungerar som en effektiv barriär mot oxid bildas. Bildande av ett sekundärt reaktiv overlayer ger terminalen NHS funktionella grupper som fungerar som fästpunkter för olika kemiska och biologiska metaboliterna. Denna stabila tvåskiktade molekylära system är sedan mönstrade använda vår katalytisk μCP strategi. Den metod som presenteras i denna studie ger en generell metod för substrat mönstring halvledare med ett brett utbud av ekologiska och biologiska material. Möjligheten att skapa mönstrade organiska-halvledare gränssnitt utan dyra, komplicerade instrument erbjuder många möjligheter inom områden som elektronik, nanoteknik, biokemi och biofysik.
The authors have nothing to disclose.
Vi erkänner ekonomiskt stöd från NSF utmärkelsen CMMI-1.000.724.
Name of the reagent | Company/model |
---|---|
XPS spectrometer | Kratos Axis Ultra |
Atomic force microscope | Veeco D3100 |
SEM-FEG microscope | FEI XL30 |
Fluorescent microscope | Zeiss Axio Imager |
Heatblock | VWR |
Vacuum pump | Boc Edwards |
Water purification system | Millipore |
TESP silicon probes | Veeco |
Silicon | |
Pressure Vials | Chemglass |
Vacuum manifold | Chemglass |
UV Lamp | UVP |
Stamp Material | See references 20 and 18 |
PFTE syringe filters | VWR |
Nano Strip | Cyantek |
HCl | Sigma |
Ethanol | Sigma |
Acetone | Sigma |
HF | Sigma |
Chlorobenzene | Sigma |
PCl5 | Sigma |
Propenyl Magnesium Chloride | Sigma |
Octyl Magnesium Chloride | Sigma |
Carbon TetraChloride | Sigma |
Boc protected ethylenediamine | Sigma |
TFA | Sigma |
Sodium 2-mercaptoethanesulfonate | Sigma |
4N HCl solution in dioxane | Sigma |
Lysine-N,N-diacetic acid | Sigma |
Et3N | Sigma |
DMF | Sigma |
NiSO4 | Sigma |
NaP | Sigma |
NaCl | Sigma |
imidazole | Sigma |
PBS | Sigma |