Summary
Relatamos uma alteração no processo de HF tratado in situ de Si (001) para um estado de superfície hidrófilo ou hidrófobo por irradiação de amostras em câmaras de microfluidos cheios com H 2 O 2 / H 2 O solução (0,01% -0,5%) ou soluções de metanol usando laser UV pulsado de baixa fluência de pulso relativa.
Abstract
A molhabilidade de silício (Si) é um dos parâmetros importantes na tecnologia de funcionalização de superfície deste material e de fabrico de biosensores. Nós relatamos em um protocolo de usar KRF e Arf lasers irradiação Si (001) amostras imersas em um ambiente líquido com baixo número de pulsos e operando a fluências moderadamente baixos de pulso para induzir Si modificação molhabilidade. Wafers imerso por até 4 horas em um 0,01% H 2 O 2 / H 2 O solução não mostrou mudança mensurável em seu ângulo de contato inicial (CA) ~ 75 °. No entanto, o 500-pulso KrF e lasers de ArF irradiação de tais bolachas numa microcâmara cheio com 0,01% de H 2 O 2 / H 2 O solução a 250 e 65 mJ / cm2, respectivamente, diminuiu a AC a perto de 15 °, indicando a formação de uma superfície superhydrophilic. A formação de Si-OH terminada (001), sem alteração mensurável da morfologia da superfície da bolacha, temfoi confirmada por espectroscopia de fotoelétrons de raios-X e medidas de microscopia de força atômica. As amostras foram irradiadas a área selectivo, em seguida, imersas em solução de nanoesferas coradas com fluoresceina conjugado com biotina durante 2 horas, resultando em uma imobilização bem sucedida das nanoesferas na área não irradiado. Isto ilustra o potencial do método para biofunctionalization área selectiva e fabricação de arquitecturas baseadas biosensoriamento-Si avançada. Também descrevemos um protocolo similar de irradiação de bolachas imersos em metanol (CH3OH), utilizando a laser ArF operando em pulso de fluência de 65 mJ / cm 2 e a formação in situ de uma superfície fortemente hidrofóbico de Si (001) com o CA de 103 °. Os resultados indicam XPS induzida por laser ArF formação de Si- (OCH 3) x compostos responsáveis pela hidrofobicidade observada. No entanto, nenhum desses compostos foram encontrados por XPS Si na superfície irradiada pelo laser KrF metanol, demonstrandoa incapacidade de o laser KrF a photodissociate metanol e criar -OCH3 radicais.
Introduction
As notáveis propriedades eletrônicas e químicas, bem como a sua alta resistência mecânica tenha feito de silício (Si) a escolha ideal para dispositivos microeletrônicos e chips biomédicas 1. Controle da superfície do Si selectiva área tem recebido uma atenção significativa para aplicações que envolvem dispositivos de microfluidos e lab-on-chip 2,3 .Este é muitas vezes obtida quer por modificação nano-escala da rugosidade da superfície ou por tratamento químico da superfície 4. A rugosidade da superfície ou padronização para produzir estruturas de superfície desordenadas ou ordenados na superfície do Si incluem fotolitografia 5, litografia por feixe de iões de 6 e 7 técnicas de laser. Comparado com estes métodos, o processo de texturização de superfície do laser é relatado para ser menos complicada com o potencial para produzir microestruturas com uma elevada resolução espacial 8. No entanto, como Si tem um limiar de texturização elevada, requerendo com irradiação de impulsos de fluênciainduzir a texturização de superfície em excesso do seu limiar de ablação (~ 500 mJ / cm 2) 9, a texturização de superfície Si tem sido frequentemente assistida pelo emprego de atmosferas de gases reactivos, tais como a de uma alta pressão SF 6 4,7,8 ambiente. Por conseguinte, para modificar a molhabilidade da superfície do Si, numerosos trabalhos concentraram-se em tratamento químico, depositando orgânicos e inorgânicos 10 filmes 2, ou usando plasma ou feixe de elétron tratamento de superfície 11,12. Reconhece-se que a hidrofilicidade de Si proveniente da existência de grupos OH singulares associados e sobre a sua superfície pode ser conseguida por fervura numa solução de H 2 O 2 a 100 ° C durante vários minutos e 13. No entanto, os estados de superfície hidrofóbicas Si, a maioria dos quais devido à presença de Si-H ou Si-O-CH 3 grupos, podia ser alcançado por tratamento químico molhado envolvendo condicionamento com uma solução de ácido HF ou revestimento com material fotosensitivo 13-15. Para conseguir o controle de molhabilidade de Si seletivo área, medidas de padronização complexos são geralmente necessários, incluindo o tratamento em soluções químicas 16. A alta reactividade química de radiação do laser de UV também foi utilizada para substratos sólidos revestidos com película orgânica área processo selectivo e modificar a sua capacidade de humedecimento 17. No entanto, uma quantidade limitada de dados disponíveis sobre a modificação assistida por laser de Si molhabilidade por irradiação das amostras imersas em soluções químicas diferentes.
Em nossa pesquisa anterior, UV irradiação do laser de semicondutores III-V no ar 18-20 e NH 3 21 foi utilizado com sucesso para alterar a composição química da superfície do GaAs, InGaAs e InP. Determinou-se que a irradiação com laser de UV de semicondutores III-V em água desionizada (DI) de água diminui óxidos superficiais e carbonetos, enquanto que a água adsorvida sobre a superfície de semicondutor 22 aumenta. Uma superfície fortemente hidrofóbico Si (CA 10 ~3 °) foi obtido por irradiação com laser ArF amostras de Si em metanol na nossa recente trabalho 23. Tal como indicado por espectroscopia de fotoelectrão de raios-X (XPS), isto é principalmente devido à capacidade de o laser ArF para photodissociate CH3OH. Temos também utilizado KrF e lasers de ArF para irradiar de Si (001) em um 0,01% de H 2 O 2 em água Dl. Isto permitiu-nos alcançar formação de superfície superhydrophilic de Si (001), caracterizado pelo CA de perto de 15 ° seletivo área. Os resultados sugerem que esta XPS é devido à geração de ligações Si-OH na superfície irradiada 24.
Uma descrição detalhada desta nova técnica utilizando KrF e lasers de ArF para a área de modificação selectiva in situ da superfície hidrófila / hidrófoba de Si superfície em baixa concentração de H 2 O 2 / H 2 O e soluções de metanol é demonstrado neste artigo. Os detalhes fornecidos aqui deve ser suficientepara permitir que experiências semelhantes para ser realizada por investigadores interessados.
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Protocol
Preparação 1. Amostra
- Use um estilete diamode para clivar um tipo-n (P-dopado) de um lado polido bolacha de Si (resistividade 3.1 ~ 4.8 Ω.m), que é de 3 polegadas de diâmetro, 380 mm de espessura, em amostras de 12 mm x 6 mm; limpar as amostras em OptiClear, acetona e álcool isopropílico (5 minutos para cada etapa).
- Etch amostras em um ~ solução de HF 0,9% durante 1 minuto para gravar distância óxido inicial; enxágüe em água DI e seco em alta pureza (99,999%) de azoto (N2).
- Armazene as amostras preparadas em N 2 saco para conter a sua oxidação no ar.
2. Irradiado Amostras por ArF (λ = 193 nm) e KrF (λ = 248 nm) lasers.
- Colocar as amostras em uma câmara de altura 0,74 mm e, em seguida, vedar a câmara com uma janela de sílica fundida que tem uma elevada transmissão de UV em (≥90%). Encher a câmara com H 2 O 2 / H 2 O solução na gama de 0,01-0,2% ou com Metha desgaseificadonol usando um canal microfluídico.
- Irradiar amostras homogeneizadas com ARF ou KRF lasers em demagnification de 2,6 e 1,8, respectivamente. Irradiar apenas dois sítios em cada amostra, aumentando pulsos de laser de 100 a 600 no passo 100 de impulsos por meio de uma máscara circular (4 mm de diâmetro). Irradiar as amostras da mesma maneira com uma "folha de bordo" (9 mm x 7,2 milímetros) de máscara.
- Amostras de enxágüe em água DI, secar com N 2 resplendor; Colocar as amostras num recipiente selado, em seguida, encher rapidamente este recipiente com N2, de modo a evitar a exposição ao ar antes de mais experiências.
3. Nanosferas Imobilização de Bio-conjugados
- Diluir nanosferas de 40 nm de diâmetro conjugado com biotina e fluoresceína corado numa solução salina tamponada com fosfato pH 7,4 a solução 10 12 partículas / ml a temperatura ambiente (PBS 1X) (~ 25 ° C). Mergulhe a laser irradiado amostras ARF ou KRF para 2 &# 160; hr nesta solução à temperatura ambiente.
- Lavar as amostras com PBS para eliminar fluoresceína nanoesferas manchadas fisicamente ligados na superfície.
4. Caracterização de superfície
- Ângulo de contato de medição (CA)
- Realizar medições estáticas CA com um goniômetro em um ambiente de RT e umidade do ambiente.
- Empregar alta pureza DI água (resistividade 17,95 mohms · cm) em um micro-seringa; gerar volume similar (~ 5 mL) cai na superfície da amostra através da redução do micro-seringa a uma altura similar para cada medição.
- Capturar e salvar a água cai imagens de perfil por câmera CCD com software. Medir de forma independente 4 locais diferentes com as mesmas condições de irradiação.
- Estimar e calcular a média dos valores da CA no módulo de análise gota de software ImageJ; carregar a imagem e transformá-lo em escala de cinza; lançar o plugin Dropsnake; colocar cerca de poucos nós sobre o contorno de queda (~ 10 nós) da esquerda para adireito de inicializar cobra; aceitar a curva conectando esses nós e evoluir a curva pressionando o botão cobra. Nota: ângulos de contato são exibidas na imagem e tabela.
- Medição XPS
- Investigar superfície modificação química com um espectrômetro de XPS (pressão base de 1x10 -9 Torr) equipado com uma fonte de Al Ka trabalhando a 150 W:
- Coloque as amostras para dentro da câmara de vácuo.
- Adquirir os dados da pesquisa de superfície em modos de energia constantes de 50 eV passe de energia a partir de uma área de 220 mm x 220 mm.
- Adquirir dados scans de alta resolução a partir da mesma área analisada em 20 eV passar energia.
- Processo de dados dos espectros XPS com software de quantificação espectros XPS, como referenciado 25,26.
- Investigar superfície modificação química com um espectrômetro de XPS (pressão base de 1x10 -9 Torr) equipado com uma fonte de Al Ka trabalhando a 150 W:
- Microscópio de fluorescência de imagem
- Excite amostras, que foram irradiados através de "folha de bordo" máscara e expostos a fluoresceína nanoesferas manchadas, usandouma fonte de luz azul (λ = 450 ~ 490 nm).
- Observe imagens fluorescentes, emitindo a 515 nm, com um microscópio invertido de fluorescência em ampliação de 4X.
- Caracterizar a morfologia da superfície destas amostras com a AFM, referenciado como 27.
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Representative Results
Estes resultados representativos tenham sido apresentados no nosso anterior trabalho publicado 23,24. A Figura 1 mostra a AC vs. n (número de impulsos) em sítios irradiado por laser de KrF a 250 mJ / cm 2 em DI H2O para diferentes concentrações de H 2 O 2 / H2O soluções (por exemplo,., 0,01, 0,02, 0,05 e 0,2%). A CA diminui com o aumento de número de impulsos para todo o H 2 O 2 soluções. A CA mínima (~ 15 °) para o H 2 O 2 soluções de 0,02 e 0,01% é obtida em 500 pulsos. Uma CA em vez maior foi observada para 0,05 e 0,2% de H 2 O 2 em soluções de números de impulsos maiores (N≥500). Ao mesmo tempo, verifica-se que a AC da amostra sem irradiação (N = 0) diminuiu cerca de 32 ° a partir de 75 °, como o H 2 O 2 a concentração aumentada de 0,02 para 0,2%. Estes resultados, adquiridas após 10 min de exposição média a H 2 2, provavelmente representam os valores de saturação CA obtidas no respectivo H 2 O 2 concentrações. No entanto, é importante notar que a exposição de amostras a 0,01% de H 2 O 2 a solução, durante até 4 horas, não resultou numa alteração mensurável do CA caracterizar a superfície inicial.
A Figura 2 ilustra CA vs número de impulsos para os locais após KrF (Figura 2A) e IRA (Figura 2B) a irradiação do laser em um 0,01% de H 2 O 2 / H 2 O solução. A Figura 2a demonstra que a AC diminui continuamente com o número de impulsos até 600 pulsos do KrF a 183 mJ / cm 2. Resultados similares foram encontrados em amostras irradiadas por ArF laser a 44 mJ / cm 2, tal como mostrado na Figura 2B. Quando os locais foram irradiadas por KrF com 300 pulsos de laser a 320 mJ / cm2 e 500 pulsos a 250 mJ / cm
A Figura 3 mostra S 1s espectros XPS de Si superfície recém-gravado por HF (Figura 3A), expostos a 0,01% de H 2 O 2 / H 2 O solução durante aproximadamente 10 minutos sem irradiação com laser ((Figura 3B), e exposto a 0,01% H 2 O 2 / H 2 O solução e 500 pulsos KrF irradiação com laser a 250 mJ / cm 2 (Figura 3C). Os picos a 531,8 ± 0,1, 532,6 ± 0,1 e 533,7 ± 0,1 eV foram atribuídos a SiOx, SiO2 e SiOH, 28,29, respectivamente. A Figura 3B mostra que a exposição a uma solução de HF foi retirado a maior parte de SiO2 e de SiO x a partir da superfície. As quantidades de SiO 2 & #160; e SiOH no local irradiado por laser de KrF são maiores (Figura 3C) do que aqueles que a não-irradiadas (Figura 3B). O Si superfícies revestidas com SÍO2 sempre foram referidos como tendo valores mínimos CA de 45 ° -55 °, referenciada como 11, dependendo da razão O / Si. No entanto, uma monocamada SiOH superhydrophilic cobriu a superfície Si foi relatado com um CA mínima de 13 °, como referenciado 30. Assim, os CA = 14 ° obtidos com 500 pulsos é principalmente devido ao aumento da concentração superficial de SiOH. Observamos também que o rácio SiOH / SiO 2 aumentou de 0,10 (irradiação 100 pulsos, os dados não mostrados) para 0,17 para os 500 pulsos local irradiado. As linhas a tracejado nos espectros representa o carbono (C) embebidos na superfície. As quantidades destes adsorbatos são determinadas em função de relações fixas O / C de CO, C = O e OC = O no espectro de ligações 1s C 31. Verificou-se que há maisC na superfície não irradiado expostos ao H 2 O 2 / H 2 O solução, do que na amostra recentemente gravado por ácido HF. A Figura 3C mostra que as quantidades de absorbates C diminuíram com o número de impulsos devido ao laser de efeito de limpeza de excímero 9. Uma vez que os absorbates C sobre a superfície foram relatados para aumentar a hidrofobicidade de Si 15, a remoção induzida a laser de adsorvatos C também melhora a natureza hidrófila da superfície.
A Figura 4A mostra uma imagem microscópica de fluorescência da superfície Si revestidas selectivamente com fluoresceína coradas nanoesferas. A amostra foi irradiada num primeiro H 2 O 2 / H 2 O solução (0,01%) que se projecta por uma "folha de bordo" máscara com o laser KrF entregar impulsos 400 a 250 mJ / cm 2. Uma concentração elevada de superfície de nanoesferas é encontrado na porção não irradiada da amostra. O resultado ilustra formation de uma zona induzida por laser de um material fortemente hidrofílico que previne a ligação das nanoesferas. A presença de alguns nanoesferas observadas nesta zona pode estar relacionado com a oxidação da superfície induzida por defeito de Si e consequente redução na sua hidrofilicidade. A Figura 4B mostra uma imagem de um fragmento de AFM da superfície não irradiado densamente coberto com nanoesferas imobilizadas.
A Figura 5 mostra os valores medidos para amostras CA Si que foram imersos em metanol e irradiada com o laser ArF aos 30, 65 e 80 mJ / cm 2. Pode ser visto que o CA da amostra irradiada com 800 impulsos a 65 mJ / cm 2 aumentado a partir do seu valor inicial de 75 ° a 103 °, e é comparável à da CA para a amostra irradiada por pulsos de 1.000. Isto sugere que a base de laser alteração química da superfície do Si satura a estas densidades de energia de laser. Dinâmica mais intensa dos aumentou a CASE foi observada para 80 mJ / cm 2 e baixo número de impulsos de laser (n <200), tal como indicado pelos símbolos círculo completo. No entanto, a formação de bolhas em amostras irradiadas com n> 200 impulsos, e uma modificação relacionada descontrolada da morfologia da superfície da amostra nos impedida de recolha de dados fiáveis nestas condições. Usando uma abordagem descrita em outro lugar 22,32, estimamos que uma irradiação com laser ArF a 65 mJ / cm 2 induz pico de temperatura na superfície de Si comparável ao ponto de ebulição do metanol, isto é., 65 ° C, referenciado como 33. Assim, a irradiação com maiores densidades de energia laser é esperado para induzir a formação de bolhas. Consistente com esta foi a nossa incapacidade de fabricar amostras de Si de características satisfatórias com a fluência do laser de 80 mJ / cm 2 e N> 200 pulsos. Em contraste, a irradiação a 30 mJ / cm 2 apresentou apenas um aumento fraco da CA a 78 ° para o IRRAD 1.000 pulsoiated amostras.
A Figura 6 mostra os espectros XPS de Si 2p e S 1s para locais imersos em metanol que foram não-irradiadas (Figuras 6A e 6B), e irradiada com 500 impulsos de laser ArF a 65 mJ / cm 2 (Figura 6C e 6D). Uma característica fraca no espectro do site não irradiado (Figura 6A) Si 2p pode ser visto ao redor BE = 102,7 eV. Esse recurso foi relatado para originar do Si (OCH3) x vínculo 34. A concentração atômica deste composto foi estimada em 0,7%, o que é ligeiramente subestimada devido à relativamente pequena (60 °) take-off ângulo (TOF) aplicado durante a coleta de dados XPS. No entanto, no local irradiado (Figura 6C), a percentagem atómica de Si (OCH3) x ligação aumentada em 5 vezes a 3,5% em TOF de 60 °. Nos espectros de 1s S (Figuras 6B 6D), pode ser visto que a concentração do pico de Si-O-CH3 (BE = 532,6 eV) aumentou de 1 a 2,5% para os sítios não irradiadas e irradiadas, respectivamente. Tal como Si (OCH 3) X tem sido referida como sendo responsável pela formação de uma superfície hidrofóbica de Si, como referenciado 15,35,36, o aumento de concentração na superfície de Si (OCH3) x parece ser o principal razão para as características hidrofóbicas observadas do ArF irradiadas amostras de Si. No ó 1s espectros, além de Si-OC e CO, existem picos SiOx e OH. O aumento do pico de SiOx BE = 531,5 ± 0,2 eV é possivelmente causada pela CH3O ligação a SiOx sub-óxidos (SiO x + 1-CH3) 34. Como o IC tratada Si amostra não mostrou a presença de OH (não mostrado aqui), este pico é OH, possivelmente, a partir de CH3OH fisicamente absorvido à superfície Si.
Figura 1. Ângulo de contacto contra o número de impulsos sobre Si (001) da superfície irradiada pelo laser de KrF a 250 mJ / cm 2 em DI H2O e diferentes concentrações de H 2 O 2 / H 2 O soluções (por exemplo, 0,01, 0,02, 0,05 e 0,2%). O desvio padrão valor do ângulo de contato (SD) é de 2,5 °. A figura foi modificada a partir de 24. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2. Ângulo de contacto vs número de impulsos de amostras imersas em 0,01% de H 2 O 2 / H 2 O e solução irradiados por KrF (Figura 2A) e IRA (Figura 2BLasers). O SD de contato valor do ângulo foi relatada a ser de 2,2 °. A figura foi modificada a partir de 24. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3. O 1s espectros XPS de Si superfície recém atacadas com HF (A), expostos a 0,01% de H 2 O 2 / H 2 O solução durante aproximadamente 10 minutos sem irradiação com laser (B), e irradiada com 500 impulsos do KrF laser a 250 mJ / cm 2, enquanto expostos a 0,01% H 2 O 2 / H 2 O solução (C). A figura foi modificada a partir de 24. Por favor clique aqui para ver uma versão maior destafigura.
Figura 4. A fluorescência imagem microscópica de uma amostra que era, em primeiro lugar, irradiada com 400 impulsos de um laser KrF a operar a 250 mJ / cm 2 e projectando-se uma "folha de bordo" máscara na superfície e, em segundo lugar, exposta a uma solução de fluoresceína nanoesferas coradas (A). AFM imagem de um fragmento da parte não irradiada da amostra mostrando nanoesferas imobilizadas (B). A figura foi modificada a partir de 24. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5. Contato ângulo de Si (001) amostras i mmersed em metanol e irradiado com um laser ArF a 30 mJ / cm 2 (▲), 65 mJ / cm 2 (■) e 80 mJ / cm 2 (●). As barras de erro são calculados com base nas medições de 3 locais independentes . Foi relatado um contato valor do ângulo SD de 2,0 °. A figura foi modificada a partir de 23. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6. Si 2p e espectros O 1s XPS de uma amostra de referência (não irradiado) (A e B), e uma amostra irradiada com um laser ArF em metanol com 500 impulsos de pelo 65mJ / cm2 (C e D). A figura foi modificada a partir de 23.ad / 52720 / "target =" _ blank 52720fig6large.jpg "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
Propusemos um protocolo de irradiação com laser UV de uma bolacha de Si na câmara de microfluidos preenchido com baixa concentração de H 2 O 2 a solução para induzir uma superfície Si superhydrophilic, o que é principalmente devido à geração de Si-OH. UV fotólise do laser de H 2 O 2 foi suposto formar carregados negativamente OH - radicais. Além disso, o laser de UV efeito fotoeléctrico conduz à formação de uma superfície carregada positivamente 37. Por conseguinte, a interacção destes OH negativo - os radicais com uma superfície carregada positivamente conduz à geração de Si-OH na superfície. Assim, pode-se aumentar a hidrofilicidade, aumentando o número de impulsos de laser e aumentar a concentração de OH - reagir com Si 15. No entanto, a hidrofilicidade deixou de aumentar ou mesmo diminuir em maior número de impulsos, durante o processo, porque H 2 O 2 é termodinamicamente instável, e a sua decomposição é described pelo 2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2 38, o que resulta em excesso formado O2 na região perto da superfície de Si. Embora este processo poderia potencialmente levar à formação de SiO2 para melhorar a hidrofilicidade da superfície, a geração de moléculas de O 2 pode também ser a causa da formação de bolhas perto da superfície irradiada. Um aumento significativo de formação de bolhas por ArF laser a 65 mJ / cm 2 e a laser KrF a 320 mJ / cm 2, é consistente com a maior possibilidade de decomposição accionado termicamente de H 2 O 2. À medida que o CA mínima para SiO2 revestida Si é conhecido por ser próximo de 45 °, a formação de SiO 2 Si enriquecido pode causar o aumento do CA observada para os locais irradiados com um grande número de impulsos.
O cálculo de temperatura induzida por irradiação com o laser é também um aspecto crítico, uma vez que é a importaçãoant para a oxidação de Si em H 2 O 2 / H 2 O e a solução de aumento da molhabilidade. Usando cálculos COMSOL, as temperaturas de pico de superfície foram estimados como sendo 88 e 95 ° C, quando irradiadas com laser KrF pulso 250 e 320 mJ / cm2, respectivamente. Em comparação, o pico de temperatura de superfície é estimada como sendo 40 ° C, quando foi irradiado por pulso de laser ArF de 65 mJ / cm 2. Estas temperaturas de pico caiu para a temperatura inicial de 10 -5 s. Não há acumulação de calor entre dois pulsos consecutivos quando KRF e Arf lasers operam a uma taxa de repetição de 2 Hz (um caso investigado na presente comunicação). Com base nos resultados do cálculo da temperatura, os parâmetros do laser podem ser optimizados em experiências futuras.
Nós também propôs o uso de laser para induzir ArF superfície hidrofóbica Si por irradiação Si amostra em solução de metanol em um microc�ara semelhante, o que é devido à laSer induziram a formação de ligações Si-O-CH3 na superfície irradiada, tal como mostrado nas Figuras 5 e 6. Tem sido relatado que a luz de laser de UV (105-200 nm) a dissociação induzida de vapor de metanol poderia ser descrita pela reacção: CH3OH → CH3O + H 39. Quanto mais elevada for a temperatura, mais CH3O adsorve na superfície de Si 40. Assim, por irradiação a fluência do laser inferior (por ex., 30 mJ / cm 2), não há ebulição metanol e nenhuma mudança molhabilidade óbvia devido à temperatura mais baixa induzida por laser. Além disso, a irradiação com laser KrF da amostra em solução de metanol produz nenhum aumento significativo CA, devido ao seu comprimento de onda mais longo e mais baixo coeficiente de absorção da secção transversal (<-20 0.1x10 / cm2) do que a laser ArF (25 x 10 -20 / cm 2) 41. O coeficiente de absorção de KrF a laser em metanol também é muito menor do que os de ArF (61x10 -20 / Cm 2) e de laser KrF (9x10 -20 / cm 2) em H 2 O 2 a 42 .A saturação da CA em torno de 103 ° está relacionada com o CH3 energia de superfície, que é dominante para a molhabilidade 15. Quanto menor for a energia de superfície, maior a hidrofobicidade. A menor energia superficial (CF3) foi referido como tendo a AC máximo de 120 °, enquanto que para uma ligação CH X com energia superficial mais elevada, a CA de 110 ° 43 é sempre menor.
Portanto, em comparação com outros métodos conhecidos de induzida por laser modificação de Si, como o laser induzida modificação morfologia da superfície, o processo e as etapas descritas neste relatório são mais simples, eles não precisam de um sistema laser de alta potência alto custo e, mas são em eficaz no controle situ de Si molhabilidade da superfície. Esta técnica pode ser amplamente utilizada para induzir a modificação selectiva área de molhabilidade para baseado micro / nano Si um biossensorPLICAÇÃO no futuro. No entanto, existem limitações desta técnica, especialmente para hidrofobicidade induzida a laser de UV, tais como a hidrofobicidade máxima (CA) é restringida por a energia dos fotões de energia laser e X CH superfície. Os passos críticos durante estas técnicas, principalmente, inclui o armazenamento da amostra em N 2 recipiente para evitar a oxidação antes da irradiação e controlar a geração de bolhas em Si superfície durante a irradiação laser, por exemplo., Usando o canal microfluídico.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| fluorescein stained nanospheres | Invitrogen | F8795 | |
| OptiClear | National Diagnostics | OE-101 | |
| ArF laser (λ=193 nm) | Lumonics | pulse master 800 | |
| KrF laser (λ=248 nm) | Lumonics | pulse master 800 | |
| XPS | Kratos Analytical | AXIS Ultra DLD | |
| Fluorescence microscope | Olympus | IX71 | |
| XPS quantitification software | CasaXPS | 2.3.15 |
References
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