Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

בדיית משטחים תגובתי עם מברשת, תפור סרטים של פולימרים שיתוף בלוק Azlactone-Functionalized

Published: June 30, 2018 doi: 10.3791/57562
Automatic Translation
1, 1, 2, 1
1Chemical Engineering Department, Kansas State University, 2Center for Nanophase Materials Sciences, Oak Ridge National Laboratory

Summary

שיטות ייצור משטח בדוגמת הפקדת ננומטר מברשות עבה או מיקרון עבה, תפור סרטים של פולימר שיתוף בלוק azlactone מדווחים. שלבים קריטיים ניסיוני, התוצאות נציג, מגבלות של כל שיטת נידונות. שיטות אלה שימושיים ליצירת בממשקים פונקציונליים עם מאפיינים פיזיים המותאמים תגובתיות משטח tunable.

Abstract

בנייר זה, שיטות ייצור המייצרים הרומן משטחים באמצעות בלוק מבוססי azlactone שיתוף הפולימר, פוליפוני (glycidyl methacrylate) -רחוב- פולי (ויניל דימתיל azlactone) (PGMA -b- PVDMA), מוצגים. בשל תגובתיות גבוהה של קבוצות azlactone כלפי אמין תיול, שלו קבוצות הידרוקסיל, PGMA -b- PVDMA משטחים יכול להיות שונה עם מולקולות משנית ליצירת ממשקי כימית או ביולוגית functionalized למגוון רחב של יישומים. בדו"חות קודמים מממשקי בדוגמת PGMA -b- PVDMA השתמשו טכניקות מסורתיות המתבנת מלמעלה למטה לייצר סרטים לא אחידה, בדיקות רקע לקוי מבוקרת, הביוכימיה. כאן, אנו מתארים המתבנת מותאם אישית טכניקות המאפשרות התצהיר מדויק מאוד אחיד PGMA -b- PVDMA הסרטים ברקעים אינרטי מבחינה כימית או בעלי מאפיינים biomolecule-דוחה חרקים. חשוב, שיטות אלה נועדו הפיקדון PGMA -b- PVDMA סרטים באופן לגמרי השומרת azlactone פונקציונליות בכל שלב העיבוד. סרטים בדוגמת להראות עוביים ומבוקרות היטב התואמים פולימר מברשות (~ 90 ננומטר) או מבנים תפור במיוחד (μm ~ 1-10). דוגמאות מילוי של מברשות מופקות בעזרת בהמראה או parylene או ממשק מכוונת מכלול השיטות המתוארות והם שימושי עבור אפנון מדויק של בסך הכל כימיים תגובתיות פני השטח על-ידי התאמת גם PGMA -b- PVDMA תבנית צפיפות או אורך הרחוב VDMA. לעומת זאת, העבה, תפור PGMA -b- PVDMA דפוסי מתקבלים באמצעות טכניקה הדפסה מותאמת אישית מיקרו-צור קשר, ומציעים את היתרון של העמסה גבוה יותר או לכידה של חומר משני עקב גבוה יותר שטח על יחסי נפח. השלבים המפורטים ניסיוני, אפיוני קולנוע ביקורתית, ומדריכים וגישה לפתרון בעיות עבור כל שיטת ייצור הם דנו.

Introduction

פיתוח טכניקות ייצור המאפשרים שליטה צדדי ומדויק של פונקציונליות משטח כימית וביולוגית רצוי עבור מגוון של יישומים, לכידה של מזהמים סביבתיים, להתפתחות של הדור הבא ביולוגיים, שתלים, ורקמות הנדסה מכשירים1,2. פולימרים פונקציונלית הם חומרים מצוינים עבור כוונון דרך "הרכבה מן" או "הרכבה כדי" טכניקות3תכונות פני השטח. גישות אלה מאפשרים שליטה על פני השטח תגובתיות מבוסס על הפונקציונליות כימי של מונומר משקל מולקולרי של פולימר4,5,6. פולימרים מבוססי Azlactone בעוצמה נחקרו בהקשר זה, כפי azlactone קבוצות במהירות זוג עם נוקלאופילים עם שונות בתגובות פתיחת הטבעת. זה כולל ראשי אמינים, כהלים, תיולים וקבוצות הידרזין, ובכך מספק מסלול רב-גוני יותר משטח functionalization7,8. סרטים פולימריים מבוססי Azlactone יש כבר מועסקים שונים סביבתיים וללכוד יישומים ביולוגיים, לרבות analyte9,10, תא תרבות6,11, ו- anti-עכירות / ציפויים אנטי-דבק12. ביישומים ביולוגיים רבים, תכנים azlactone סרטים פולימריים-ננו כדי מיקרומטר פיסיקליות רצוי להקל על השליטה במרחב של biomolecule מצגת, אינטראקציות סלולרי, או כדי לווסת את האינטראקציות משטח13, 14,15,16,17,18. לכן, צריך לפתח שיטות ייצור להציע תבנית גבוהה אחידות עובי הסרט ומבוקרות היטב, מבלי להתפשר על פונקציונליות כימי19.

לאחרונה, Lokitz. ואח פיתח את PGMA -b- PVDMA בלוק קופולימר שהיה מסוגל לתמרן תגובתיות משטח. PGMA כמה בלוקים תחמוצת מניבי משטחים, מניב צפיפויות משטח גבוהה ו- tunable של azlactone קבוצות20. שיטות דיווח עבור תכנים הפולימר הזה עבור יצירה של ממשקים biofunctional השתמש בעבר גישות מסורתיות פוטוליתוגרפיה מלמעלה למטה להפיק סרטים פולימריים לא אחידה עם רקע אזורים מזוהמים עם ממסר חומר photoresist, גורם לרמות גבוהות של אינטראקציות כימיים וביולוגיים שאינם ספציפיים21,22,23. כאן, ניסיונות passivate הרקע אזורים גרמה cross-reaction עם קבוצות azlactone, להתפשר על פולימר תגובתיות. בהתחשב מגבלות אלו, אנו לאחרונה פיתח טכניקות תכנים מברשת (~ 90 ננומטר) או מאוד תפור (μm ~ 1-10) סרטים של PGMA -b- PVDMA לתוך רקעים אינרטי מבחינה כימית או ביולוגית באופן לגמרי השומרת את הכימיקל פונקציונליות של פולימר24. אלה הציגו שיטות לנצל parylene ההמראה, הרכבה מכוון ממשק (אידה) וטכניקות microcontact מותאם אישית ההדפסה (μCP). שיטות נסיוניות מפורטות מאוד עבור אלה גישות המתבנת, כמו גם הסרט קריטי אפיוני אתגרים, מגבלות הקשורות כל טכניקה מוצגים כאן בתבנית בכתב ווידאו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. PGMA -b- PVDMA סינתזה20

  1. סינתזה של סוכן העברת PGMA שרשרת המאקרו (מאקרו-CTA)
    1. השתמש flask 250-mL סיבוב המדרגה התגובה המצוידים עם בר מצופה טפלון מערבבים מגנטי.
    2. לשלב 14.2 גר' glycidyl methacrylate GMA (142.18 g/mol) עם 490.8 מ"ג של dodecyl 2-cyano-2-propyl trithiocarbonate (CPDT) (346.63 g/mol), ו 87.7 מ"ג של 2, 2 ′-azobis (4-מתוקסי-2, 4-דימתיל valeronitrile) (V-70) (308.43 g/mol) (יחס טוחנת של CPDT: V-70 = 5:1), ו בנזן (100 מ"ל) לאוויר חינם סביב בתחתית הבקבוק.
    3. דגה את תערובת התגובה באמצעות ארגון ומערבבים למשך 30 דקות. לאחר מכן לשים את הפתרון באמבט שמן מבוקרי טמפרטורה ב 30 מעלות צלזיוס, להגיב על 18 h.
      הערה: המשקל המולקולרי ממוקד עבור המאקרו-CTA הוא 10,000 g/mol. 18 שעות היה נחוש בדעתו להיות הזמן הדרוש כדי להגיע סבירות המרה. צבעה של הפתרון פולימר הוא שקוף אור צהוב.
    4. לאחר 18 h, לסיים את התגובה על ידי השוקע הבקבוק העגול התחתון נוזלי N2.
    5. לזרז הפולימר על ידי מזיגת הפתרון אור צהוב של פולימר/בנזן (~ 100 מ"ל) לתוך 400 מיליליטר הקסאן.
    6. מערבבים התערובת במשך 5 דק התמיסה יוכרעו בתחתית כשהספל והחלים על-ידי סינון.
    7. יבש הלילה precipitate תחת ואקום. אז למהול אותו ב- 400 מ של tetrahydrofuran (THF). לזרז מחדש בהקסאן.
    8. יבש את התמיסה חדש שוב עם ארגון בן לילה.
      הערה: מאקרו-CTA היא אבקה צהובה. התשואה מוצר של התגובה יהיה ~ 43.8%. Mn של PGMA מאקרו-CTA הוא גרם/מול 7,990 עם polydispersity (PDI) של 1.506 (MW = g 12,030/mol).
  2. סינתזה של PGMA -b- PVDMA
    1. Fractionally לזקק את VDMA תחת לחץ מופחת, להזמין את השבר האמצעי (~ 70%) לשימוש.
      הערה: פעולה זו דרושה כדי להסיר הפילמור מעכב. המנגנון זיקוק מחובר לקו schlenk ב ופתח חותם שסתום אוויר היא חלקית לקו ואקום. חום מינימלי מיושמת באמצעות varistat מנטל חימום עד מונומר VDMA מתחילה זיקוק מעל בקצב של טיפה 1 לשניה.
    2. לשלב את 2-ויניל-4,4-דימתיל azlactone (VDMA) (139.15 g/mol) מונומר (10.436 גרם) עם PGMA-macroCTA (1.669 גרם), V-70 (14.5 מ ג; יחס טוחנת של PGMA-macroCTA: V-70 = 3:1), בנזן (75.0 מ"ל) ב- flask יחיד-צוואר 250-mL סיבוב המדרגה התגובה מצויד בר מצופה טפלון מערבבים מגנטי.
      הערה: משקל מולקולרי מידע, PVDMA: 139.15 g/mol, PGMA-macroCTA: 12,030 g/mol, בנזן: 78.11 גרם/מול.
    3. דגה את התערובת עם ארגון טוהר גבוהה ומערבבים במשך 30 דקות ולאחר מכן שים באמבטיה שמן ב 32 ° C עבור 18 h.
    4. לסיים את התגובה על ידי השוקע הבקבוק העגול התחתון נוזלי N2.
    5. לזרז את הפולימר שלוש פעמים לתוך הקסאן וזה יבש בטמפרטורת החדר תחת ואקום.
    6. לאפיין את משקל מולקולרי ואת PDI של המוצר באמצעות גודל אי-הכללה של כרומטוגרפיה (S) (ראה את הטבלה של חומרים) על פי הנוהל ב. Lokitz et al. 20. גודל אי-הכללה של כרומטוגרפיה (S) מצויד עם שלוש PLgel 5 מיקרומטר מעורב-C עמודות (300 x 7.5 מ"מ) בסדרה, גלאי מקדם שבירה (אורך גל = 880 ננומטר), גלאי מערך פוטודיודה, גלאי רב זווית פיזור אור (MALS) (אורך גל = 660 ננומטר), ו- a מד צמיגות (ראה את הטבלה של חומרים).
      הערה: כל ניסויים לבצע במוצר זה כתב היד בשימוש עם PGMA ו- PVDMA בלוק אורך 56 ו- 175, בהתאמה. המשקל המולקולרי של קופולימר block היה 37,620 g/mol, את PDI היה 1.16.

2. דור דפוסי Parylene סטנסיל על מצעים סיליקון

  1. ציפוי Parylene
    1. Sonicate סיליקון ב 50% אצטון wt. במים למשך 5 דקות ולאחריו sonication ב- 50% wt. מיתרים אלכוהול איזופרופיל (IPA) במים למשך 5 דקות.
    2. לשטוף סיליקון עם מים (DI) יונים ו בלואו יבש עם גז חנקן.
    3. להפקיד 80 nm ו 1 מיקרומטר עבה parylene N ב- 4 אינץ סיליקון באמצעות עם coater parylene (ראה טבלה של חומרים).
      הערה: מאפיינים את העובי של סרטים parylene באמצעות profilometer של פני השטח (ראה את הטבלה של חומרים).
      1. כיילו parylene עובי הסרט עם מסה דימר parylene עבור כל מערכת ציפוי parylene בודדים.
        הערה: במערכת הנוכחית, דימר parylene N ~ 80 מ"ג ו ~ 1000 מ"ג היה נדרש לקבל 80 ננומטר, עובי הסרט 1 מיקרומטר, בהתאמה (מבוסס על עקומת כיול שהושג).
      2. השתמש בהגדרות הבאות במהלך הפעולה של coater parylene: לחץ: 80 mTorr, משך: 1 h, טמפרטורה התנור: 690 ° C, טמפרטורה מכשיר אידוי: 160 ° C.
  2. פוטוליתוגרפיה
    1. אופים מוצרי קונדיטוריה בתנור ב 100 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות; אז תן ופלים לשבת עוד 3 דקות בטמפרטורת החדר.
      הערה: זמן ההמתנה נוספים משפר הדבקה של photoresist.
    2. להוסיף 2 מ של photoresist חיובי (ראה את הטבלה של חומרים) ונותנות במרכז וופל מצופה parylene. ספין מעיל של מוצרי קונדיטוריה ב 3000 סל ד ל 30 s.
      הערה: ספין ציפוי חייב להתבצע מתחת למכסה המנוע.
    3. . אני לא. 1 דקות, אופים וופל על פלטה חמה ב 105 מעלות צלזיוס במשך 1 דקה
    4. לטעון photomask מערכת יישור מסכת (ראה את הטבלה של חומרים). לחשוף ופלים לאור UV (λ = 325 ננומטר) 10 s עם מינון של mJ/cm 652.
    5. תן את מוצרי קונדיטוריה לשבת עוד 5 דקות בטמפרטורת החדר.
    6. לפתח מוצרי קונדיטוריה על ידי השוקע במפתח (ראה הטבלה של חומרים) פתרון עבור 2 דק לשטוף את ופלים עם מים יונים, ועל יבש אז עם N2. . לעשות את זה מתחת למכסה המנוע
      הערה: לאחר פיתוח, photoresist מופיע הוסר לחלוטין מתוך אזורים חשופים UV. השתמש במיקרוסקופ אופטי (ראה הטבלה של חומרים) כדי לאמת את מוצרי קונדיטוריה.
  3. איכול
    1. להשתמש בכלי איכול (RIE) יון תגובתי (ראה הטבלה של חומרים) לחרוט ופלים מפותחת עם חמצן פלזמה.
    2. להחיל שיעור זרימת החמצן של 50 ס מ /min3, בלחץ הקאמרית של 20 mTorr.
    3. עבור הסרט parylene עובי של 1 מיקרומטר, השתמש RF כוח של 50 W והכוח inductively בשילוב פלזמה (ICP) של 500 ואט עבור 100 s היתה להסיר את parylene חשוף מאזורים עם תבנית. התאים כדי parylene לחרוט בשיעור של 1.0-1.15 מיקרומטר/min.
    4. עבור עובי parylene של 80 ננומטר, להשתמש בכוח RF של 50 W והכוח של ICP של 200 W עבור 55 s כדי להסיר parylene חשוף מאזורים סולידיות. זה תואם את parylene לחרוט קצב של 570-620 nm/min.
      הערה: להסרת parylene יעיל, לקבוע את parylene לחרוט שיעור עבור כל מערכת ורי.
    5. בדוק סובסטרטים חרוט עם מיקרוסקופ אופטי. משטח סיליקון יופיע מבריק לאחר parylene מוסר לחלוטין אזורים חשופים.
    6. ודא לחרוט עומק באמצעות profilometer של פני השטח (ראה את הטבלה של חומרים).

3. Parylene ההמראה הליך

  1. הכנת תמיסות פולימר
    1. להמיס PGMA -b- PVDMA לתוך כלורופורם (1% wt.). כלורופורם צריך להיות נטול מים כדי למנוע הידרוליזה של קבוצות azlactone.
      הערה: כלורופורם הוא הממס המועדפת כי יש רמה גבוהה של מסיסות של הפולימר, ומאפשר יותר הפקדת שרשראות פולימריות יחיד לעומת אחרים ממיסים אורגניים25משטח אחיד.
  2. ניקוי סטנסילים parylene עם פלזמה מנקה
    1. להפעיל את הכוח פלזמה הראשי (ראה הטבלה של חומרים) מנקה ולשים על מצעים מצופים parylene לחדר נקי פלזמה.
    2. הפעל את משאבת ואקום ולאחר לפנות את האוויר בחדר עד מד הלחץ mTorr פחות מ-400.
    3. קצת לפתוח את השסתום מדידה ולאפשר באוויר כדי להיכנס פלזמה מנקה עד מד הלחץ מראה 800-1000 mTorr.
    4. בחר RF עם מצב Hi ולחשוף את סובסטרטים למשך 3 דקות.
    5. בסופו של תהליך, כבה את העוצמה RF ואת משאבת ואקום.
    6. הפלזמה מנקה ומסירים את סובסטרטים.
      הערה: לאחר ניקוי פלזמה, מראה פני השטח ההידרופיליה (איור 1B). זווית מגע של מים של סיליקון חשופות משטחים לפני ואחרי ניקוי פלזמה הם 27° ± 2° ו 0°, בהתאמה.
  3. ספין-ציפוי PGMA -b- PVDMA, חישול, sonication מעל סטנסילים parylene
    1. מיד ספין-קואט מצעים עם 100 µL של 1% wt. PGMA -b- PVDMA ב כלורופורם נטול מים ב 1500 סל ד, 15 s באמצעות עם coater ספין (ראה את הטבלה של חומרים).
      הערה: לבצע ספין-ציפוי בתוך 1-2 s של pipetting הפתרון פולימר כדי למזער את הסרט שאינו-אחידות הנגרמת על ידי אידוי מהיר כלורופורם.
    2. Anneal של סרטים פולימריים ב 110 מעלות צלזיוס בתנור ואקום (ראה את הטבלה של חומרים) עבור 18 h.
      הערה: חישול מאפשר הפרדה בין פולימר microphase מצורף משטח של גוש GMA משטח26.
      1. לאחר חישול, לאפיין את ציפוי פולימרי על ידי מדידת הזווית קשר של סובסטרטים. משטחים להציג זווית הקשר של 75° ± 1° (איור 1C)20.
    3. Sonicate של סובסטרטים ב- 20 מ של אצטון או כלורופורם 10 דקות להסיר את השכבה parylene ואת כל פולימר physisorbed.
      הערה: השתמש התנאים sonication הבאים: כוח אולטרה סוניק, 284 וואט; ההפעלה תדר, 40 קילו-הרץ (ראה את הטבלה של חומרים).
      הערה: Parylene אפשר גם לקלף את המצע על ידי החלת חתיכת דבק בקצה של המצע ואז למשוך משם את הקלטת27.
    4. אחסן את סובסטרטים תחת ואקום desiccator עד אפיון.

Figure 1
איור 1: פנה מדידות זווית סיליקון שטופלו סובסטרטים. (א) חשופים סיליקון, (B) ניקיתי פלזמה סיליקון, סיליקון מצופים ספין (C) עם PGMA-b-PVDMA (לאחר חישול ו sonication ב כלורופורם). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

4. PGMA - הליך ההרכבה מכוון ממשק - PVDMA שלb

הערה: הליך זה יכול להתבצע על מצעים הכולל רקע אינרטי מבחינה כימית (סעיף 4.1) או רקע פעילים ביולוגית (סעיף 4.2), בהתאם ליישום.

  1. הכנת רקע אינרטי מבחינה כימית על מצעים סיליקון
    1. השתמש חמצן פלזמה מנקה כדי לנקות סיליקון חשופות (סעיף 3.2).
    2. פיפטה 100 µL של trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl) silane (TPS) על גבי צלחת פטרי ולמקם את סובסטרטים הסיליקון בפנים desiccator ואקום ליד הפטרי.
    3. החל ואקום (-750 טנדר של גוה של) עבור 1h לציון בתצהיר אדים כימיים (CVD).
      התראה: TPS הוא רעיל מאוד, תהליך CVD צריכה להתבצע בתוך ברדס fume.
      הערה: אחרי 1 h מציג המצע התנהגות הידרופובי. זווית הקשר של 109° ± 3° נמדד בדרך כלל לאחר תהליך CVD. העובי של הסרט TPS הוא 1.5 ± 0.5 ננומטר.
      הערה: TPS חוסם את התגובה של תחמוצת משטח תגובתי עם PGMA -b- PVDMA.
    4. מעיל של ופלים עם parylene (עובי 1 מיקרומטר). מבצעים פוטוליתוגרפיה יון תגובתי תצריב ליצירת דפוסים parylene (סעיף 2) ואת לחרוט משם השכבה TPS באזורים החשופים.
  2. הכנת רקע פוליאתילן גליקול (PEG) על הסיליקון סובסטרטים.
    1. השתמש פלזמה חמצן מנקה במשך 3 דקות כדי לנקות את הסיליקון חשופות מצעים (סעיף 3.2).
    2. בצע CVD של מיתאר עבור h 1 (סעיף 4.1.2).
    3. לטבול סובסטרטים לתוך פתרון wt/v 0.7% של Pluronic F-127 במים הנדסה גנטית למשך 18 h כדי ליצור שכבה פג על פני28,29.
      הערה: Pluronic מכיל בלוק פולימר תחמוצת פוליפרופילן הידרופובי (PPO) בין שתי שרשראות פג. הרחוב PPO מעגן הפולימר השטח TPS בזמן השלשלאות פג נחשפים פתרון28.
    4. לרחוץ ולשטוף את המצע במשך חמש דקות עם 100 מ של מים הנדסה גנטית.
    5. להפקיד 80 nm ו 1 מיקרומטר עבה parylene N ב- 4 אינץ סיליקון באמצעות עם coater parylene.
    6. מבצעים פוטוליתוגרפיה יון תגובתי תצריב ליצירת דפוסים parylene (סעיף 2).
  3. Sonication, ספין-ציפוי PGMA -b- PVDMA פולימר, חישול של מצעים
    1. Sonicate (TPS) אינרטי מבחינה כימית סובסטרטים (סעיף 4.1) או מצעים פג-פונקציונלי (סעיף 4.2) למשך 10 דקות בתוך אצטון כדי להסיר את שכבת parylene.
    2. ספין-קואט המצע sonicated עם 100 µL של 1% wt. PGMA -b- PVDMA ב כלורופורם נטול מים ב 1500 סל ד 15 s.
    3. Anneal של סרטים פולימריים ב 110 ° C תחת ואקום במשך 18 h.
    4. Sonicate של סובסטרטים אצטון או כלורופורם 10 דקות להסיר את physisorbed פולימר נוכח הרקע אזורים על פני השטח.
    5. אחסן את סובסטרטים desiccator ואקום עד שימוש נוסף.

5. התאמה אישית PGMA -b- PVDMA מיקרו-צור קשר הדפסה (μCP)

  1. ייצור חותמת PDMS
    1. לפברק המאסטרים סיליקון על פי נוהל סטנדרטי פוטוליתוגרפיה30. להשתמש בתהליך CVD (סעיף 4.1.2) להפקיד תוכנית-המיתאר אנטי דבק על גבי המאסטרים סיליקון.
      הערה: כייר סיליקון צריכים להיות מטופלים עם תוכנית-המיתאר בפעם הראשונה בשימוש, והוא מוחל מחדש לאחר שהשתמשו בה 5 - 10 פעמים.
    2. לבצע שיטות הדפס אבן רכה סטנדרטי עבור ייצור של בולים (PDMS מבשר אשפרה הסוכן יחס המוני 10:1)31.
      הערה: בולים השתמשו במחקר זה מורכב מערכים micropillar (קוטר = 5-50 מיקרומטר, גובה = 20 מיקרומטר).
    3. לגזור חותמת יחיד. לנקות את החותמת על ידי sonicating 10 דקות ב- HCl (1 מ'), 5 דקות בתוך אצטון, ואחריו 5 דקות אתנול.
    4. יבש את הבולים בתנור הסעה ב 80 מעלות צלזיוס במשך 20 דקות להסיר שאריות ממס אורגני.
  2. הדפסת Microcontact PGMA -b- PVDMA על גבי מצעים סיליקון
    1. הפקדת תוכנית-המיתאר על גבי המשטח של חותמות PDMS באמצעות תהליך CVD (סעיף 4.1.2).
      הערה: השכבה TPS משמש כדי למנוע צימוד של הפולימר השטח חותמת.
      הערה: מדידות זווית מגע ניתן לאפיין בולים לאחר TPS ספיחה, כפי שמוצג באיור 2 (שיבוץ A, B).
    2. להמיס את PGMA -b- PVDMA פולימר לתוך כלורופורם נטול מים-ריכוז של 0.25-1% wt.
    3. להטביע את הבולים לתוך מ של הפתרון פולימר למשך 3 דקות.
    4. פלזמה לנקות 2 × 2 ס מ סיליקון חשופות סובסטרטים למשך 3 דקות על השטח נקי עבור צימוד עם אבני PGMA (סעיף 3.2).
    5. להוציא את הבולים פולימר מצופה מהפתרון פולימר.
      הערה: יש להשתמש בולים עבור הדפסת בעוד הם עדיין רטוב, שכבה של פתרון קיים מעליהם.
    6. לשים חותמת בדיו ישירות על רפידת סיליקון.
    7. השימוש לי ידנית לעמוד (ראה את הטבלה של חומרים) (איור 3) להקיש את הבולים פולימר מצופה על גבי משטח סיליקון כדי לקדם דפוס העברה. מיד להחיל את החותמת על המצע (במרחק של 1-2 s) לאחר מוציא את הבולים מצופה פולימר מהפתרון.
      הערה: הן הסיליקון ניתן למקם חותמת PDMS על דו-צדדית קלטת גיבוי כדי למזער את PDMS דפורמציה חותמת בלחץ לא אחידה או גבוהה רקיעה32.
    8. להחיל קונפורמיים מגע בין חותמת בדיו-פולימר, רפידת סיליקון עבור מינימלית 1 השתמש הלחץ המשוערת של 75 גרם/ס"מ2(7.35 kPa) כדי ללחוץ.
    9. הפרד בעדינות את החותמת ממשטח הסיליקון.
    10. Anneal של סובסטרטים סיליקון המודפס מיד בתנור ואקום ב 110 מעלות צלזיוס במשך 18 h.
    11. Sonicate של סובסטרטים סיליקון המודפס אצטון או כלורופורם 10 דקות להסיר את כל הספוחה פיזית PGMA -b- PVDMA ויבש אז עם N2.
      1. לבצע ניתוח ואפיון משטח PDMS חותמת (לאחר שלב ההדפסה) וגם מודפס-סיליקון (לאחר חישול, sonication צעדים) כדי לוודא העברה מוצלחת של PGMA -b- PVDMA.
        הערה: על פני השטח profilometer, השתקפות הקלוש הכולל התמרת פורייה ספקטרוסקופית אינפרא אדום (ATR-FTIR) ניתוח יכול לשמש כדי לנתח את רפידת סיליקון מודפס ואת חותמת PDMS, בהתאמה.
    12. אחסן את סובסטרטים תחת ואקום desiccator עד אפיון.

Figure 2
איור 2 : ATR-FTIR מידות עבור PDMS שטופלו בולים (שהבוטות היחסית). (שיבוץ A) צור קשר עם מדידות זווית חותמת PDMS חשופות. (שיבוץ B) זווית מגע מידות עבור תוכנית-המיתאר שטופלו PDMS חותמת. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3: התקנה עבור μCP של PGMA -b- PVDMA פתרונות על גבי סיליקון סובסטרטים. ההליך כולל השימוש מכבש מקדחה ידנית (א) , (B) חותמת PDMS TPS-functionalized מצופה PGMA -b- PVDMA הפולימר, (ג) מסך פלזמה ניקה 2 × 2 ס מ רפידת סיליקון, ואת הסרט הדפסה דו-צידית (D) .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

מדידות זווית מגע יכול לשמש כדי להעריך את functionalization של סיליקון עם PGMA-b-PVDMA. איור 1 מציג את זווית מגע של המצע סיליקון במהלך השלבים עיבוד שונים. תכונת ההידרופיליה של המצע סיליקון פלזמה ניקה מוצג איור 1B. זווית מגע אחרי ספין פולימר ציפוי, חישול הוא 75° ± 1°(איור 1C) אשר עולה בקנה אחד עם הערכים שדווחו על-ידי. Lokitz et al. עבור PVDMA משטחים20.

איור 2 מציג את ספקטרום ATR-FTIR ומדידת זווית מגע PDMS בולים במהלך השלבים השונים של ההליך µCP. לאחר ההדפסה, קרבוניל azlactone מתיחה רטט ב ס ~ 1818-1 מקטין ב- 34 9%. איור 2 (שיבוץ A, B) גם מתאר את השינוי ב- hydrophobicity PDMS בולים לאחר טיפול תוכנית-המיתאר.

חותמת-המצע הקשה היא שלב קריטי µCP. איור 3 מוצגים חלקים שונים של הכלי רוטרי ידנית צורך להשיג קשר אחיד בין פולימר מצופה חותמת רפידת סיליקון.

Figure 4
איור 4: פרטים של טכניקות שפותחו עבור יצירת PGMA -b- PVDMA לסרטים בדוגמת, תפור או מברשת. דמות זו שונתה מ. Masigol et al. 24 . (א) ייצוג סכמטי של פרוטוקול ההמראה parylene עבור תכנים פולימר מברשות על גבי מצעים סיליקון, 1. סיליקון וופל (w/מקורי אוקסיד), 2. parylene העדות (1 מיקרומטר או 80 ננומטר), 3 . photoresist ספין ציפוי, 4. חשיפה UV ופיתוח, 5. חמצן פלזמה תצריב קו, 6. פולימר ספין ציפוי, ההמראה חישול ו parylene 7. . (B) אידה נוהל תכנים פולימר מברשות על גבי מצעים אינרטיים (פג/תב) ביולוגית/כימית, 1. סיליקון וופל (w/מקורי אוקסיד), 2. פג/TPS התצהיר, 3. parylene העדות (1 מיקרומטר או 80 ננומטר), 4. photoresist ספין ציפוי, 5. UV חשיפה ופיתוח, טיפול פלזמה של חמצן 6. , 7. parylene ההמראה, 8. פולימר ספין ציפוי, חישול 9. , sonication. (ג) דור של מבנים פולימר תפור על גבי סיליקון באמצעות שיטת µCP, 1. רך-ליתוגרפיה להכנת PDMS חותמת ואחריו TPS ציפוי פולימרי 2. סימון בדיו על תוכנית-מיתאר-functionalized PDMS, 3 . חותמת/המצע, 4. חישול והתקשרות sonication. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 4 מציג את ההליכים שלב אחר שלב ליצירת דפוסים פולימר24. נהלים אלה נועדו: דפוס (1) מברשת אחיד מבני PGMA -b- PVDMA פולימרים על גבי כימית/ביולוגית אינרטי מצעים על-ידי החלת parylene ההמראה וטכניקות אידה (4A דמות, 4 B), או (2) להפיק סרט עבה יותר, דפוסי בקנה מידה מיקרון עובי (איור 4C).

Figure 5
איור 5: תוצאות נציג של ההליך ההמראה parylene. (א) תמונות Brightfield של PGMA -b- PVDMA פולימר תבניות סיליקון עם חישול (הזחה אני) וללא חישול (שיבוץ ii) (סולם בר = 40 µm). (B) הפולימר עובי נמדד לאחר 10 דקות sonication ב כלורופורם עם או בלי חישול. (ג) גובה פולימר חתך פרופיל עבור סטנסילים עבים parylene 1 מיקרומטר. (ד) פולימר חתך פרופיל גובה עבור 80 סטנסילים עבים parylene ננומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

טכניקת ההמראה parylene יכול לשמש כדי להשיג מברשת מבנים של PGMA -b- PVDMA לחסום שיתוף פולימרים, המתאים עובי הסרט ~ 90 ננומטר. איור 5 A (הזחה אני) מתארת את הנקודות בדוגמת מוקף פולימר ללא רקע. חישול הוא צעד קריטי המובילים פולימר שלב-סגרגציה קוולנטיות משטח החזקה דרך התגובה של קבוצות אפוקסי על הבלוק GMA עם תחמוצת משטח24. כמו איור 5(הבלעה ii) מראה, ללא ריפוי, sonication ב כלורופורם יסיר הרבה של הפולימר סולידיות. כדי לחקור את ההשפעה של חישול בפירוט רב יותר, ריכוז 1% wt. של פולימר ב כלורופורם היה מצופה ספין על מצע הסיליקון ניקיתי פלזמה (ללא parylene). הפולימר עובי נמדדה על ידי ellipsometry (ראה טבלה של חומרים). בעוד sonication ב כלורופורם הוביל ההסרה של רוב הפולימר של סובסטרטים שאינם annealed, ללא שינוי משמעותי עובי של פולימר נצפתה על מצעים annealed (איור 5B). לעומת 1 מיקרומטר parylene סטנסילים, 80 nm parylene סטנסילים נוצר הסרט גבוהה יותר אחידות (איור 5C, 5D).

Figure 6
איור 6: תוצאות נציג של השיטה אידה ליצירת דפוסים כמו מברשת של PGMA -b- PVDMA ברקעים אינרטי מבחינה כימית וביולוגית. דמות זו שונתה מ. Masigol et al. 24 . (א) PGMA -b- PVDMA דפוסים רקע תוכנית-המיתאר או פג. (B) AFM מדידה של דפוסי פולימר, נציג הפולימר עובי הסרט מעל מצופה TPS סובסטרטים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

הטכניקה אידה יכול לשמש כדי שיתוף דפוס אחיד סרטים של PGMA -b- PVDMA הפולימר על רקע אינרטי מבחינה כימית או ביולוגית. איור 6 א מראה PGMA -b- PVDMA תבניות כרקעים פג/תוכנית-המיתאר. גישה זו תוצאות בסרטים עם דוגמה של 90-100 ננומטר עובי ולא הליקויים קצוות נצפו מן השיטה מוקדמת (איור 5C, 5D). AFM פרופילים איור 6B מתארים פולימר הסרט עוביים שהושג באמצעות השיטה אידה.

Figure 7
איור 7: התוצאות נציג של μCP הטכניקה לעשיית סרטים צולבים של PGMA -b- PVDMA. דמות זו שונתה מ. Masigol et al. 24. (א) גובה פרופילים פולימרים מודפס על מצעים סיליקון (1% wt. פולימר). (כניסה אני) PGMA -b- PVDMA דפוסי שהושג לאחר µCP עם חישול, (שיבוץ ii) ללא חישול (סולם בר = 30 מיקרומטר). (B) ניתוח ATR-FTIR סיליקון חשופות, רפידת סיליקון לאחר PGMA -b- PVDMA ההדפסה. (ג) ההשפעה של שימוש שונה פולימר סימון בדיו ריכוזי על הגובה הממוצע תפור סרט (קווי שגיאה לתאר סטיית תקן מן הממוצע). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

µCP פותחה הגישה האחרונה תכנים PGMA -b- PVDMA פולימרים על משטחי סיליקון. בניגוד parylene ההמראה וטכניקות אידה, גישה זו יוצרת סרטים פולימריים בדוגמת-עובי בקנה מידה מיקרון (איור 7 א). היו מספר שלבים קריטיים הנדרשות כדי להבטיח העברה יעילה של פולימר של החותמת אל המצע במהלך תהליך ההדפסה. ראשית, PDMS functionalization עם תוכנית-המיתאר היה נדרש כדי לעכב את PGMA -b- PVDMA מצמד כדי להלום (איור 2, הזחה A, B). שנית, טיפול פלזמה על המצע נדרש כדי ליצור שכבת פני השטח של תחמוצת עבור התגובה עם קבוצות אפוקסי הנוכחי בגוש PGMA של הפולימר (איור 1B). לבסוף, חישול סרטים פולימריים מבויילת נדרש כדי לקדם crosslinking לאורך כל הסרט; איור 7 A (הזחה i ו- ii) להראות סובסטרטים annealed, שאינם annealed לאחר sonication, איפה נזק משמעותי הסרטים שאינם annealed נצפתה. דרישה נוספת עבור הטכניקה המתבנת היה כדי לשמור את הפונקציונליות של azlactone, אשר אומתה על ידי מדידת קרבוניל של מתיחות רטט-~ 1818 ס מ-1 (איור 7 ב). לבסוף, הטכניקה µCP זמינה גם microscale הבקרה של הפולימר עובי סרטים על ידי שינוי הריכוזים של PGMA -b- PVDMA ב כלורופורם במהלך השלב סימון בדיו (איור 7C).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

מאמר זה מציג שלוש גישות תכנים PGMA -b- PVDMA, כל אחד עם ערכת שלו של היתרונות והחסרונות. השיטה ההמראה parylene היא שיטה רב-תכליתי עבור תכנים בלוק פולימרים שותף ב מיקרו לרזולוציה ננו, שימש כמסיכה לעדות אחרות המתבנת מערכות33,34,35. עקב הידבקות משטח חלשה יחסית שלה, הסטנסיל parylene וניתנים להסרה בקלות מהמשטח מאת sonication ב הממס לאחר ציפוי הפולימר לחשוף את האזורים רקע. הרקע אזורים מופיעים באופן עקבי נקי וחופשי של פולימר שיורית. מאחר parylene לא פעיל מגוון משטחים36,37גישה זו שימושית לצורך הפקדת PGMA -b- PVDMA לתוך מגוון של בדיקות משטח רקע שונה, הביוכימיה. גורם אחד שהשפיע אחידות הסרט היה parylene סטנסיל עובי. בעוביים שונים parylene שני (1 מיקרומטר ו 80 ננומטר) שימשו (שיטת A, איור 4) לחקור את ההשפעה של עובי סטנסיל על שנוצר PGMA -b- PVDMA המבנים. לעומת 1 מיקרומטר, parylene עבה 80 ננומטר יצר סרטים פולימריים עם אחידות גבוהה יותר, אולם, קצה פגמים נצפו סביב כל פולימר ספוט בשני המקרים (איור 5C, 5D). זהו ככל הנראה בגלל שיצטברו פולימר נגד הסטנסיל במהלך השלב ספין-ציפוי, שהייתה אז תפור לסרטים עבה בקצוות דפוס במהלך השלב מחזק. עם זאת, חישול הוא קריטי עבור קבלת פולימר יציב תבניות5A דמות, ( 5B), ובכך קצה פגמים היו בלתי נמנעים בשיטה זו.

כחלופה, אידה תכנים השיטה משתמשת סטנסילים parylene כדי ליצור דפוסי תחמוצת שמנחים הרכבה עצמית של PGMA -b- PVDMA הפולימר השטח בתהליך דפוזיציה maskless (שיטת B, איור 4). Physisorbed פולימרים נוכח האזורים רקע מיד לאחר השלב ציפוי ספין יוסרו על ידי sonication ב הממס האורגני. לאחר שלבים אלה הם שבוצעה, brightfield, SEM, ולחשוף AFM תמונות של פני השטח דפוסי PGMA-b-PVDMA תואמים את דפוסי תחמוצת סיליקון (6A איור). לעומת השיטה הקודמת, סרטים בדוגמת להראות אחידות גבוהה ללא קצה-פגמים, כמו לא היה נוכח במהלך השלב ציפוי ספין. עובי סרטים פולימריים וכתוצאה מכך הוא 90-100 ננומטר, מסכים עם העובי המדווחת על מברשות PGMA -b- PVDMA פולימר של משקל מולקולרי20. זו תכונה מעולה מאפשר מניפולציה מדויק של כימיים תגובתיות על-ידי התאמת PGMA -b- PVDMA תבנית צפיפות או את המשקל המולקולרי של הרשת PVDMA.

בעוד השיטה אידה היא המועדפת עבור יישומים שבו אחידות סרט חשוב, ישנם שני החסרונות הכרוכים בשיטה. ראשית, היווצרות משקעי PGMAb- PVDMA פולימר באזורים רקע יכול להתרחש, כפי ניתן לציין את האזורים רקע TPS ב 6A איור. אם רקע פולימר בעיה, צריך שלמות כימי של הרקע קודם להיבדק עם ATR-FTIR או מים זווית מגע מידה39. Sonication נוספים גם עשויה להיות שימושית עבור הסרת פולימר שיורית. שנית, שיטת IDA מוגבל רק על רקע אינרטיים לקבוצות PGMA או PVDMA ב הפולימר. רקעים אחרים המכילים תגובתי moieties (אמינים, תיולים, וכו ') היה סביר לזוג כדי הפולימר להתפשר על תבנית שלמות.

כדי להשלים את parylene ואת אידה תכנים שיטות, פרוטוקול µCP מותאם אישית יוצרת עבה יותר PGMA -b- PVDMA מבנים (שיטת C, איור 4), מתן יחס השטח לבנפח גבוה יותר זה עשוי לשפר את ההעמסה של חומר כימי או ביולוגי analytes ללכוד יישומים או לשפר את התא מצורף הכדאיות, התפשטות תא תרבות יישומים41,42. . כאן, הכימיה משטח של החותמת והן את המצע היו חיוניים לשמירה על העברת פולימר יעיל תוך שמירה על תקינות תבנית גבוהה. PGMA -b- PVDMA העברת היה בהנחייתם של טיפול את החותמת עם שכבה TPS כדי להקטין את האנרגיה החופשית משטח של חותמת44, תוך גם טיפול של סובסטרטים סיליקון עם חמצן פלזמה מיד לפני ההדפסה כדי לספק תגובתי קבוצות הידרוקסיל השטח עבור צימוד אפוקסי נוכח PGMA קבוצות לחסום23.

אתגר הראשית בפרוטוקול µCP מגיע משימוש של כלורופורם הממס כדי להכין הפולימר סימון בדיו פתרון. התאדות ממס על פני החותמת יכול לגרום פולימר לא אחידה סימון בדיו, להתפשר על דפוס הפארמצבטית24,43. כדי למנוע זאת, הוא היה קריטי כי בולים לחלוטין הוסתרו 5 mL כרכים של הפתרון סימון בדיו, בניגוד pipetting כרכים קטנים של הפתרון מעל פני השטח חותמת. צלילה שונים פעמים נחקרו ולאחר 3 דקות נמצאה אופטימלי עבור תהליך זה. היה צורך למקם את החותמת רטוב ישירות על המצע תוך 1-2 שניות של הסרת מהפתרון ואז להוסיף לחץ ידני החותמת באמצעות הגדרת הכלי Dremel (איור 3). תהליך זה איפשרה העברת בתנאים רטובים, אשר היה קריטי עבור שמירה על אחידות ויעילות העברה. אם המתבנת מתהליך זה עדיין מופיע לא אחידה, חותמת דפורמציה סביר. במקרה זה, ניתן לשנות את היחס של PDMS בסיס/אשפרה הסוכן בשלב רך-ליתוגרפיה ליצירת חותמות נוקשה46.

לסיכום, השיטות ואת התוצאות המובאות כאן לתאר מספר גישות ליצירת מנשקי בדוגמת PGMA -b- PVDMA הפולימר. יכול להיות מועסק השיטות להפקת סרטים בדוגמת עם מברשת או תפור מבנים, בהתאם ליישום. יכול להיות בדוגמת פולימר ברקעים אינרטי מבחינה כימית או ביולוגית. מכיוון התצהיר של הפולימר הוא השלב האחרון בתהליך דפוזיציה, הפונקציונליות azlactone נשמרת בכל פרוטוקול המתבנת. לאחר המתבנת, מצעים מוכנים post-functionalization עם קבוצות אחרות כימי או ביולוגי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

מחקר זה נתמך על ידי אוניברסיטת מדינת קנזס. חלק של מחקר זה נערך במרכז עבור Nanophase חומרים מדעי, אשר ממומנת ב אוק רידג המעבדה הלאומית על ידי מדעי משתמש מתקני החלוקה, משרד בסיסי אנרגיה למדעים של משרד האנרגיה האמריקני.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Material
Ethanol, ≥ 99.5% Sigma-Aldrich 459844 -
HCL, 1.019 N in H2O Fluka Analytical 318949 -
Acetone, ≥ 99.5% Sigma-Aldrich 320110 -
Benzene, ≥ 99.9% Sigma-Aldrich 270709 -
Isopropanol, ACS reagent, ≥99.5% Sigma-Aldrich 190764
Hexane Fisher Chemical H292-4 -
Argon Matheson Gas G1901175 -
Tetrahydrofuran (THF), ≥ 99.9% Sigma-Aldrich 401757 -
Pluronic F-127 Sigma-Aldrich P2443 -
Polydimethyl Siloxane (PDMS) Slygard 184 Dow Corning 4019862 -
Trichloro (1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl) silane (TPS), 97% Sigma-Aldrich 448931 It is toxic. Work with it under hood
Anhydrous Chloroform, ≥ 99% Sigma-Aldrich 372978 -
Positive Photoresist AZ1512 MicroChemicals AZ 1512 amber-red liquid, density 1.083 g/cm3, spin coating step should be done under the hood
Developer AZ 300 MIF MicroChemicals AZ300 MIF clear colourless liquid with slight amine odor and density of 1 g/cm3
1,2-Vinyl-4,4- dimethyl azlactone (VDMA) Isochem North America, LLC VDMA -
2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonate (CPDT) Sigma-Aldrich 723037 -
2,2′-Azobis (4methoxy-2,4-dimethyl valeronitrile) (V-70) Wako Specialty Chemicals CAS NO. 15545-97-8, EINECS No. 239-593-8 -
Parylene N Specialty Coating Systems 15B10004 -
Name Company Catalog Number Comments
Equipment
Parylene Coater Specialty Coating Systems SCS Labcoater (PDS 2010) -
Mask alignment system Neutronix Quintel NXQ8000 -
Oxygen Plasma Etcher Oxford Instruments Plasma Lab System 100 -
Surface Profilometer Veeco Dektak 150 Scan type was standard hill. Scan duration and force were 120 s and 1 mg, respectively.
Brightfield Upright Microscope Olympus Corporation BX51 -
Oxygen Plasma  Cleaner Harrick Plasma PDC-001-HP -
Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR) Perkin Elmer ATR-FTIR 100 -
Atomic Force Microscopy (AFM) PicoPlus Picoplus atomic force microscope Veeco MLCT-E cantilevers with a 0.5 N/m spring constant. Scan speeds varied between 0.25 and 1 Hz.
Scanning Electron Microscopy (SEM) Hitachi Science Systems Ltd., Tokyo, Japan - -
Rotary Tool Workstation Dremel Model 220-01 -
Spin Coater Smart Coater SC100 -
Vacuum Oven Yamato Scientific Co. PCD-C6(5)000) -
Size Exclusion Chromatography (SEC) Waters Alliance 2695 Separations Module 720004547EN -
Refractive Index (RI) detector Waters Model 2414 -
Photodiode Array Detector Waters Model 2996, 716001286 -
Multi-angle Light Scattering (MALS) Detector Wyatt Technology miniDAWN TREOS II -
Viscometer Wyatt Technology Viscostar -
PLgel 5 µm mixed-C columns (300 x 7.5 mm) Agilent 5 µm mixed-C columns -
Ellipsometer J. A. Woollam alpha-SE Cauchy model, PGMA and PVDMA layers had refractive indices of 1.50 and 1.52 at 632 nm
Ultrasonic Sonicator Fischer Scientific FS-110H -

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Faia-Torres, A., Goren, T., Textor, M., Pla-Roca, M. Patterned Biointerfaces. Comprehensive biomaterials. , 1st edition, Elsevier publications. 181-201 (2017).
  2. Ogaki, R., Alexander, M., Kingshott, P. Chemical patterning in biointerface science. Materials Today. 13 (4), 22-35 (2010).
  3. Rungta, A., et al. Grafting bimodal polymer brushes on nanoparticles using controlled radical polymerization. Macromolecules. 45 (23), 9303-9311 (2012).
  4. Guyomard, A., Fournier, D., Pascual, S., Fontaine, L., Bardeau, J. Preparation and characterization of azlactone functionalized polymer supports and their application as scavengers. European Polymer Journal. 40 (10), 2343-2348 (2004).
  5. Zayas-Gonzalez, Y. M., Lynn, D. M. Degradable Amine-Reactive Coatings Fabricated by the Covalent Layer-by-Layer Assembly of Poly (2-vinyl-4, 4-dimethylazlactone) with Degradable Polyamine Building Blocks. Biomacromolecules. 17 (9), 3067-3075 (2016).
  6. Schmitt, S. K., et al. Peptide Conjugation to a Polymer Coating via Native Chemical Ligation of Azlactones for Cell Culture. Biomacromolecules. 17 (3), 1040-1047 (2016).
  7. Yu, Q., Cho, J., Shivapooja, P., Ista, L. K., López, G. P. Nanopatterned smart polymer surfaces for controlled attachment, killing, and release of bacteria. ACS Applied Materials & Interfaces. 5 (19), 9295-9304 (2013).
  8. Jones, M. W., Richards, S., Haddleton, D. M., Gibson, M. I. Poly (azlactone)s: versatile scaffolds for tandem post-polymerisation modification and glycopolymer synthesis. Pilymer Chemistry UK. 4 (3), 717-723 (2013).
  9. Barkakaty, B., et al. Amidine-Functionalized Poly (2-vinyl-4, 4-dimethylazlactone) for Selective and Efficient CO2 Fixing. Macromolecules. 49 (5), (2016).
  10. Cullen, S. P., Mandel, I. C., Gopalan, P. Surface-anchored poly (2-vinyl-4, 4-dimethyl azlactone) brushes as templates for enzyme immobilization. Langmuir. 24 (23), 13701-13709 (2008).
  11. Schmitt, S. K., et al. Polyethylene glycol coatings on plastic substrates for chemically defined stem cell culture. Advanced Healthcare Materials. 4 (10), 1555-1564 (2015).
  12. Yan, S., et al. Nonleaching Bacteria-Responsive Antibacterial Surface Based on a Unique Hierarchical Architecture. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (37), 24471-24481 (2016).
  13. Li, C., et al. Creating "living" polymer surfaces to pattern biomolecules and cells on common plastics. Biomacromolecules. 14 (5), 1278-1286 (2013).
  14. Brétagnol, F., et al. Surface functionalization and patterning techniques to design interfaces for biomedical and biosensor applications. Plasma Processes and Polymers. (6-7), 443-455 (2006).
  15. Thery, M. Micropatterning as a tool to decipher cell morphogenesis and functions. Journal of Cell Science. 123 (Pt 24), 4201-4213 (2010).
  16. Robertus, J., Browne, W. R., Feringa, B. L. Dynamic control over cell adhesive properties using molecular-based surface engineering strategies. Chemical Soceity Reviews. 39 (1), 354-378 (2010).
  17. Kane, R. S., Takayama, S., Ostuni, E., Ingber, D. E., Whitesides, G. M. Patterning proteins and cells using soft lithography. Biomaterials. 20 (23), 2363-2376 (1999).
  18. Cattani-Scholz, A., et al. PNA-PEG modified silicon platforms as functional bio-interfaces for applications in DNA microarrays and biosensors. Biomacromolecules. 10 (3), 489-496 (2009).
  19. Nie, Z., Kumacheva, E. Patterning surfaces with functional polymers. Nature Materials. 7 (4), (2008).
  20. Lokitz, B. S., et al. Manipulating interfaces through surface confinement of poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyldimethylazlactone), a dually reactive block copolymer. Macromolecules. 45 (16), 6438-6449 (2012).
  21. Kratochvil, M. J., Carter, M. C., Lynn, D. M. Amine-Reactive Azlactone-Containing Nanofibers for the Immobilization and Patterning of New Functionality on Nanofiber-Based Scaffolds. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (11), 10243-10253 (2017).
  22. Wancura, M. M., et al. Fabrication, chemical modification, and topographical patterning of reactive gels assembled from azlactone-functionalized polymers and a diamine. Journal of Polymer Science Part A1. 55 (19), 3185-3194 (2017).
  23. Hansen, R. R., et al. Lectin-functionalized poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyldimethyl azlactone) surface scaffolds for high avidity microbial capture. Biomacromolecules. 14 (10), 3742-3748 (2013).
  24. Masigol, M., Barua, N., Retterer, S. T., Lokitz, B. S., Hansen, R. R. Chemical copatterning strategies using azlactone-based block copolymers. Journal of Vacuum Science and TechnologyB. 35 (6), 06GJ01 (2017).
  25. Lokitz, B. S., et al. Dilute solution properties and surface attachment of RAFT polymerized 2-vinyl-4, 4-dimethyl azlactone (VDMA). Macromolecules. 42 (22), 9018-9026 (2009).
  26. Aden, B., et al. Assessing Chemical Transformation of Reactive, Interfacial Thin Films Made of End-Tethered Poly (2-vinyl-4, 4-dimethyl azlactone)(PVDMA) Chains. Macromolecules. 50 (2), 618-630 (2017).
  27. Hansen, R. H., et al. Stochastic assembly of bacteria in microwell arrays reveals the importance of confinement in community development. Public Library of Science One. 11 (5), e0155080 (2016).
  28. Vargis, E., Peterson, C. B., Morrell-Falvey, J. L., Retterer, S. T., Collier, C. P. The effect of retinal pigment epithelial cell patch size on growth factor expression. Biomaterials. 35 (13), 3999-4004 (2014).
  29. Tzvetkova-Chevolleau, T., et al. Microscale adhesion patterns for the precise localization of amoeba. Microelectronic Engineering. 86 (4), 1485-1487 (2009).
  30. Shelly, M., Lee, S., Suarato, G., Meng, Y., Pautot, S. Photolithography-Based Substrate Microfabrication for Patterning Semaphorin 3A to Study Neuronal Development. Semaphorin Signaling: Methods and Protocols. 1493, 321-343 (2017).
  31. McDonald, J. C., et al. Fabrication of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane). Electrophoresis. 21 (1), 27-40 (2000).
  32. Hansen, R. R., et al. High content evaluation of shear dependent platelet function in a microfluidic flow assay. Annals of Biomedical Engineering. 41 (2), 250-262 (2013).
  33. Segalman, R. A., Yokoyama, H., Kramer, E. J. Graphoepitaxy of spherical domain block copolymer films. Advanced Materials. 13 (15), 1152-1155 (2001).
  34. Stoykovich, M. P., et al. Directed assembly of block copolymer blends into nonregular device-oriented structures. Science. 308 (5727), New York, N.Y. 1442-1446 (2005).
  35. Craig, G. S., Nealey, P. F. Self-assembly of block copolymers on lithographically defined nanopatterned substrates. Journal of Polymer Science and Technology. 20 (4), 511-517 (2007).
  36. Kodadek, T. Protein microarrays: prospects and problems. Chemical Biology. 8 (2), 105-115 (2001).
  37. Atsuta, K., Suzuki, H., Takeuchi, S. A parylene lift-off process with microfluidic channels for selective protein patterning. Journal of Micromechanics and Microengineering. 17 (3), 496 (2007).
  38. Ramanathan, M., Lokitz, B. S., Messman, J. M., Stafford, C. M., Kilbey, S. M. II Spontaneous wrinkling in azlactone-based functional polymer thin films in 2D and 3D geometries for guided nanopatterning. Journal of Material Chemistry C. 1 (11), 2097-2101 (2013).
  39. Suh, K. Y., Jon, S. Control over wettability of polyethylene glycol surfaces using capillary lithography. Langmuir. 21 (15), 6836-6841 (2005).
  40. Buck, M. E., Lynn, D. M. Layer-by-Layer Fabrication of Covalently Crosslinked and Reactive Polymer Multilayers Using Azlactone-Functionalized Copolymers: A Platform for the Design of Functional Biointerfaces. Advanced Engineering Materials. 13 (10), 343-352 (2011).
  41. Ma, L., et al. Trap Effect of Three-Dimensional Fibers Network for High Efficient Cancer-Cell Capture. Advanced Healthcare Materials. 4 (6), 838-843 (2015).
  42. Massad-Ivanir, N., Shtenberg, G., Tzur, A., Krepker, M. A., Segal, E. Engineering nanostructured porous SiO2 surfaces for bacteria detection via "direct cell capture". Analytical Chemistry. 83 (9), 3282-3289 (2011).
  43. Ilic, B., Craighead, H. Topographical patterning of chemically sensitive biological materials using a polymer-based dry lift off. Biomedical Microdevices. 2 (4), 317-322 (2000).
  44. Gates, B. D., et al. New approaches to nanofabrication: molding, printing, and other techniques. Chemical Reviews. 105 (4), 1171-1196 (2005).
  45. Jonas, U., del Campo, A., Kruger, C., Glasser, G., Boos, D. Colloidal assemblies on patterned silane layers. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 99 (8), 5034-5039 (2002).
  46. Qin, D., Xia, Y., Whitesides, G. M. Soft lithography for micro-and nanoscale patterning. Nature Protocols. 5 (3), 491-502 (2010).

Tags

הנדסה גיליון 136 בממשקים פונקציונליים פולימרים azlactone פבריקציה נוספת microcontact הדפסה ממשק ביים הרכבה parylene
בדיית משטחים תגובתי עם מברשת, תפור סרטים של פולימרים שיתוף בלוק Azlactone-Functionalized
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Masigol, M., Barua, N., Lokitz, B.… More

Masigol, M., Barua, N., Lokitz, B. S., Hansen, R. R. Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers. J. Vis. Exp. (136), e57562, doi:10.3791/57562 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter