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Engineering

Azlactone-कार्यात्मक ब्लॉक सह पॉलिमर के ब्रश की तरह और Crosslinked फिल्मों के साथ प्रतिक्रियाशील सतहों बनाना

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

नैनोमीटर मोटी ब्रश या माइक्रोन मोटी, एक azlactone ब्लॉक सह बहुलक की crosslinked फिल्मों के नमूनों की जमाव के लिए सतह निर्माण विधियों की सूचना दी है । महत्वपूर्ण प्रयोगात्मक कदम, प्रतिनिधि परिणाम, और प्रत्येक विधि की सीमाओं पर चर्चा कर रहे हैं । इन पद्धतियों अनुरूप शारीरिक सुविधाओं और स्वरित्र सतह जेट के साथ कार्यात्मक इंटरफेस बनाने के लिए उपयोगी होते हैं ।

Abstract

इस पत्र में, निर्माण विधियों कि उपंयास उत्पंन azlactone आधारित ब्लॉक सह बहुलक, पाली (glycidyl methacrylate) का उपयोग कर सतहों-ब्लॉक-पाली (vinyl dimethyl azlactone) (PGMA-बी-PVDMA), प्रस्तुत कर रहे हैं । अमीन, thiol, और हाइड्रॉक्सिल समूहों की ओर azlactone समूहों की उच्च प्रतिक्रियाशीलता के कारण, PGMA-b-PVDMA सतहों माध्यमिक अणुओं के साथ संशोधित किया जा सकता है रासायनिक या जैविक रूप से कार्यात्मक बनाने के लिए अनुप्रयोगों की एक किस्म के इंटरफेस । नमूनों की पिछले रिपोर्टों PGMA-b-PVDMA इंटरफेस पारंपरिक ऊपर से नीचे पैटर्न तकनीक है कि गैर वर्दी फिल्मों और खराब नियंत्रित पृष्ठभूमि chemistries उत्पंन इस्तेमाल किया है । यहाँ, हम अनुकूलित पैटर्न तकनीक है कि अत्यधिक वर्दी PGMA-b-PVDMA फिल्मों की पृष्ठभूमि है कि रासायनिक निष्क्रिय कर रहे हैं में सटीक जमाव या कि जैव अणु से बचाने वाली क्रीम गुण सक्षम का वर्णन. महत्वपूर्ण रूप से, इन पद्धतियों PGMA-b-PVDMA फिल्मों को एक तरीके से जमा करने के लिए डिज़ाइन किया गया है जो प्रत्येक संसाधन चरण के माध्यम से azlactone कार्यक्षमता को पूरा करता है । नमूनों की फिल्मों अच्छी तरह से नियंत्रित मोटाई कि बहुलक ब्रश (~ ९० एनएम) या उच्च crosslinked संरचनाओं (~ 1-10 माइक्रोन) के अनुरूप दिखाते हैं । ब्रश पैटर्न या तो parylene लिफ्ट का उपयोग कर उत्पंन कर रहे है बंद या इंटरफ़ेस विधानसभा तरीकों का निर्देश वर्णित है और या तो PGMA-b-PVDMA पैटर्न घनत्व या समायोजन द्वारा समग्र रासायनिक सतह जेट के सटीक मॉडुलन के लिए उपयोगी होते है VDMA ब्लॉक की लंबाई । इसके विपरीत, मोटी, crosslinked PGMA-b-PVDMA पैटर्न एक स्वनिर्धारित सूक्ष्म संपर्क मुद्रण तकनीक का उपयोग कर प्राप्त कर रहे है और उच्च लोड हो रहा है या माध्यमिक सामग्री की मात्रा अनुपात को उच्च सतह क्षेत्र की वजह से कब्जा का लाभ प्रदान करते हैं । विस्तृत प्रयोगात्मक कदम, महत्वपूर्ण फिल्म characterizations, और हर निर्माण विधि के लिए मुसीबत शूटिंग गाइड चर्चा कर रहे हैं ।

Introduction

निर्माण तकनीक है कि रासायनिक और जैविक सतह की कार्यक्षमता के बहुमुखी और सटीक नियंत्रण के लिए अनुमति के विकास के आवेदन की एक किस्म के लिए वांछनीय है, पर्यावरणीय संदूषणों के कब्जा से अगली पीढ़ी के विकास के लिए -संवेदी, प्रत्यारोपण, और ऊतक इंजीनियरिंग उपकरणों1,2। कार्यात्मक पॉलिमर सतह संपत्तियों ट्यूनिंग के माध्यम से "से भ्रष्टाचार" या "करने के लिए" तकनीक3को भ्रष्टाचार के लिए उत्कृष्ट सामग्री रहे हैं । इन तरीकों की सतह पर नियंत्रण के लिए अनुमति की रासायनिक कार्यशीलता के आधार पर मोनोमर और आणविक वजन के बहुलक4,5,6। Azlactone आधारित पॉलिमर तीव्रता से इस संदर्भ में अध्ययन किया गया है, Azlactone समूहों के रूप में तेजी से दो अंगूठी खोलने प्रतिक्रियाओं में अलग nucleophiles के साथ जोड़ा । इसमें प्राथमिक अमीन, अल्कोहल, thiols और hydrazine समूह शामिल हैं, जिससे आगे की सतह functionalization7,8के लिए एक बहुमुखी मार्ग प्रदान करता है । Azlactone आधारित बहुलक फिल्मों analyte कब्जा9,10, सेल संस्कृति6,11सहित विभिंन पर्यावरणीय और जैविक अनुप्रयोगों में नियोजित किया गया है, और विरोधी बेईमानी/ विरोधी चिपकने वाला कोटिंग्स12. कई जैविक अनुप्रयोगों में, नैनो में azlactone बहुलक फिल्मों पैटर्न माइक्रोमीटर लंबाई तराजू करने के लिए जैव अणु प्रस्तुति के स्थानिक नियंत्रण की सुविधा के लिए वांछनीय है, सेलुलर बातचीत, या सतह13 14,15,16,17,18. इसलिए, निर्माण विधियों रासायनिक कार्यक्षमता19समझौता किए बिना उच्च पैटर्न एकरूपता और अच्छी तरह से नियंत्रित फिल्म मोटाई, की पेशकश करने के लिए विकसित किया जाना चाहिए ।

हाल ही में, Lokitz एट अल. एक PGMA-बी-PVDMA ब्लॉक copolymer जो सतह जेट हेरफेर करने में सक्षम था विकसित की है । ऑक्साइड-असर सतहों के लिए PGMA ब्लॉक दंपति, azlactone20समूहों के उच्च और स्वरित्र सतह घनत्व उपज । पहले इस पॉलिमर के निर्माण के लिए इस बहुलक पैटर्न के रूप में रिपोर्ट किए गए पारंपरिक ऊपर-नीचे photolithography दृष्टिकोण है कि उत्पंन अवशिष्ट के साथ दूषित पृष्ठभूमि क्षेत्रों के साथ गैर-समान बहुलक फिल्मों का इस्तेमाल किया इंटरफेस । photoresist सामग्री, गैर विशिष्ट रासायनिक और जैविक बातचीत के उच्च स्तर के कारण21,22,23। यहां, passivate पृष्ठभूमि क्षेत्रों के प्रयास azlactone समूहों के साथ परस्पर प्रतिक्रिया का कारण, बहुलक जेट समझौता । इन सीमाओं को ध्यान में रखते हुए, हम हाल ही में पैटर्न ब्रश के लिए तकनीक विकसित (~ ९० एनएम) या अत्यधिक crosslinked (~ 1-10 माइक्रोन) की फिल्मों PGMA-b-PVDMA रासायनिक या जैविक रूप से निष्क्रिय पृष्ठभूमि में एक तरीके से है कि पूरी तरह से संरक्षित करता है रासायनिक बहुलक24की कार्यक्षमता । इन विधियों का उपयोग parylene लिफ्ट बंद, इंटरफेस-विधानसभा (आईडीए), और कस्टम microcontact मुद्रण (μCP) तकनीक का निर्देशन किया । इन नमूनों दृष्टिकोण के लिए अत्यधिक विस्तृत प्रायोगिक तरीकों, साथ ही साथ महत्वपूर्ण फिल्म characterizations और चुनौतियों और प्रत्येक तकनीक के साथ जुड़े सीमाओं यहां लिखित और वीडियो प्रारूप में प्रस्तुत कर रहे हैं ।

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Protocol

१. PGMA-ब-PVDMA संश्लेषण२०

  1. PGMA मैक्रो-चेन स्थानांतरण एजेंट का संश्लेषण (स्थूल-CTA)
    1. एक polytetrafluoroethylene-लेपित चुंबकीय हलचल पट्टी के साथ सुसज्जित एक २५०-एमएल राउंड-नीचे प्रतिक्रिया flask का प्रयोग करें ।
    2. १४.२ glycidyl methacrylate GMA (१४२.१८ g/के साथ ४९०.८ मिलीग्राम का मिश्रण 2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonate (CPDT) (३४६.६३ ग्राम/और ८७.७ मिलीग्राम 2, 2 ′-azobis (4-methoxy-2, 4-dimethyl valeronitrile) (V-७०) (३०८.४३ g/मोल) (दाढ़ का अनुपात CPDT: V-७० = 5:1), और बेंजीन (१०० एमएल) एयर फ्री राउंड नीचे कुप्पी में ।
    3. Degas आर्गन का उपयोग प्रतिक्रिया मिश्रण है और 30 मिनट के लिए हलचल । बाद में 30 डिग्री सेल्सियस पर एक तापमान नियंत्रित तेल स्नान में समाधान डाल दिया है और 18 एच के लिए प्रतिक्रिया ।
      नोट: स्थूल के लिए लक्षित आणविक वजन-CTA है १०,००० g/18 घंटे के लिए उचित रूपांतरण तक पहुंचने के लिए आवश्यक समय निर्धारित किया गया था । बहुलक समाधान का रंग पारदर्शी हल्का पीला है ।
    4. 18 एच के बाद, तरल एन2में गोल नीचे कुप्पी को विलय करके प्रतिक्रिया समाप्त ।
    5. बहुलक/बेंजीन (~ १०० एमएल) के प्रकाश पीला समाधान डालने के द्वारा पॉलिमर hexane के ४०० मिलीलीटर में हाला ।
    6. 5 मिनट के लिए मिश्रण हिलाओ । हाला की चोंच के नीचे बसा होगा और छानने से ही उबर जाता है.
    7. वैक्यूम के तहत रात भर शुष्क सूखी । फिर इसे tetrahydrofuran (THF) के ४०० मिलीलीटर में पतला करें । hexane में पुनः हाला ।
    8. इस नई हाला को रात भर आर्गन के साथ फिर से सूखने दीजिये ।
      नोट: स्थूल-CTA एक महीन पीला चूर्ण होता है । प्रतिक्रिया की उत्पाद उपज ~ ४३.८% हो जाएगा । PGMA मैक्रो के एमएन -CTA १.५०६ (एमडब्ल्यू = १२,०३० g/मॉल) के एक polydispersity (PDI) के साथ ७,९९० g/
  2. PGMA-बी-PVDMA का संश्लेषण
    1. आंशिक रूप से कम दबाव के तहत VDMA गढ़ने, और मध्य अंश आरक्षित (~ ७०%) उपयोग के लिए ।
      नोट: यह बहुलकीकरण अवरोधक को दूर करने के लिए आवश्यक है. आसवन उपकरण एक Schlenk लाइन से जुड़ा हुआ है और हवा सील वाल्व आंशिक रूप से वैक्यूम लाइन के लिए खोला गया है । न्यूनतम गर्मी एक varistat और हीटिंग मेंटल का उपयोग कर लागू किया जाता है जब तक VDMA मोनोमर प्रति सेकंड 1 ड्रॉप की दर से अधिक आसुत शुरू होता है ।
    2. 2-Vinyl-4, 4-dimethyl azlactone (VDMA) (१३९.१५ g/मोल) मोनोमर (१०.४३६ g) को PGMA-macroCTA (१.६६९ g) के साथ संयोजित करें, v-७० (१४.५ mg; दाढ़ का अनुपात PGMA-macroCTA: वि-७० = 3:1) और बेंजीन (७५.० एमएल) में एक-एक गर्दन २५०-एमएल राउंड बॉटम रिएक्शन flask से सुसज्जित Teflon-लेपित चुंबकीय हलचल बार ।
      नोट: आण्विक वजन की जानकारी, PVDMA: १३९.१५ g/मोल, PGMA-macroCTA: १२,०३० g/मोल, बेंजीन: ७८.११ g/
    3. Degas उच्च शुद्धता आर्गन के साथ मिश्रण और 30 मिनट के लिए हलचल, और फिर ३२ डिग्री सेल्सियस पर तेल स्नान में डाल के लिए 18 ज ।
    4. तरल एन2में गोल नीचे कुप्पी को विलय करके प्रतिक्रिया समाप्त ।
    5. बहुलक hexane में तीन बार हाला और वैक्यूम के तहत कमरे के तापमान पर सूखी ।
    6. आकार अपवर्जन क्रोमैटोग्राफी (ओं) ( सामग्री की तालिकादेखें) Lokitz एट अल में प्रक्रिया के अनुसार का उपयोग करके आणविक वजन और उत्पाद की PDI विशेषताएं । 20। अपवर्जन chromatograph (ओं) का आकार तीन PLgel 5 µm मिश्रित-सी कॉलम (३०० x ७.५ mm) के साथ श्रृंखला में सुसज्जित है, एक अपवर्तन सूचकांक डिटेक्टर (तरंग दैर्ध्य = ८८० एनएम), एक photodiode सरणी डिटेक्टर, बहु कोण प्रकाश कैटरिंग (मलों) डिटेक्टर (तरंग दैर्ध्य = ६६० एनएम), और एक विस्कोमीटर ( सामग्री की तालिकादेखें) ।
      नोट: सभी प्रयोगों क्रमशः ५६ और १७५ के PGMA और PVDMA ब्लॉक लंबाई के साथ इस पांडुलिपि प्रयुक्त उत्पाद में प्रदर्शन किया । ब्लॉक copolymer के आण्विक वजन ३७,६२० g/मोल था और PDI १.१६ था ।

2. सिलिकॉन सब्सट्रेट पर Parylene स्टैंसिल पैटर्न की पीढ़ी

  1. Parylene कोटिंग
    1. Sonicate सिलिकॉन वेफर्स में ५०% wt. एसीटोन में 5 मिनट के लिए पानी में ५०% wt. isopropanol (आइपीए) के लिए पानी में 5 मिन के बाद ।
    2. कुल्ला सिलिकॉन वेफर्स के साथ (DI) पानी और झटका सूखी नाइट्रोजन गैस के साथ ।
    3. जमा ८० एनएम और 1 µm मोटी parylene एन पर 4 इंच सिलिकॉन एक parylene कोट का उपयोग कर वेफर्स ( सामग्री की तालिकादेखें) ।
      नोट: एक सतह profilometer का उपयोग करके parylene फिल्मों की मोटाई की विशेषताएं ( सामग्री की तालिकादेखें) ।
      1. प्रत्येक व्यक्ति parylene कोटिंग प्रणाली के लिए parylene डिमर मास के साथ parylene फिल्म मोटाई जांचना ।
        नोट: वर्तमान प्रणाली में, ~ ८० मिलीग्राम और ~ १००० mg parylene N डिमर ८० एनएम और 1 µm फिल्म मोटाई प्राप्त करने के लिए आवश्यक था, क्रमशः (अंशांकन प्राप्त वक्र पर आधारित).
      2. parylene कोट की कार्रवाई के दौरान निम्न सेटिंग्स का उपयोग करें: दबाव: ८० mTorr, अवधि: 1 एच, भट्ठी तापमान: ६९० ° c, vaporizer तापमान: १६० ° c.
  2. Photolithography
    1. 20 मिनट के लिए १०० ° c पर एक ओवन में वेफर्स सेंकना; तो वेफर्स कमरे के तापमान पर एक और 3 मिनट के लिए बैठते हैं ।
      नोट: अतिरिक्त प्रतीक्षा समय photoresist के आसंजन में सुधार करता है ।
    2. सकारात्मक photoresist के 2 मिलीलीटर जोड़ें ( सामग्री की मेजदेखें) और parylene लेपित वेफर के केंद्र में बांटना । स्पिन कोट 30 एस के लिए ३००० rpm पर वेफर्स ।
      नोट: स्पिन कोटिंग हुड के तहत किया जाना चाहिए ।
    3. 1 मिनट रुको, 1 मिनट के लिए १०५ डिग्री सेल्सियस पर एक गर्म थाली पर वेफर सेंकना ।
    4. लोड photomask एक मुखौटा संरेखण प्रणाली में ( सामग्री की मेजदेखें) । 10 एस के लिए यूवी प्रकाश (λ = 325 एनएम) के लिए वेफर्स बेनकाब ६५/
    5. चलो वेफर्स कमरे के तापमान पर एक और 5 मिनट के लिए बैठते हैं ।
    6. डेवलपर में विलय द्वारा वेफर्स का विकास ( सामग्री की तालिकादेखें) 2 मिनट के लिए समाधान । पानी के साथ वेफर्स कुल्ला, और फिर N2के साथ सूखी । डाकू के तहत यह मत करो ।
      नोट: विकसित करने के बाद, photoresist पूरी तरह से यूवी के संपर्क में क्षेत्रों से हटा दिखाई देता है । एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का प्रयोग करें ( सामग्री की मेजदेखें) वेफर्स सत्यापित करने के लिए ।
  3. प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी
    1. ऑक्सीजन प्लाज्मा के साथ विकसित वेफर्स खोदना करने के लिए एक प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (रिे) उपकरण ( सामग्री की तालिकादेखें) का उपयोग करें ।
    2. 20 mTorr के एक चैंबर दबाव में ५० cm3लैंडलाइंस के एक ऑक्सीजन प्रवाह दर लागू करें ।
    3. 1 µm की एक parylene फिल्म मोटाई के लिए, का उपयोग आरएफ ५० डब्ल्यू और inductively युग्मित प्लाज्मा (आईसीपी) की शक्ति १०० एस के लिए डब्ल्यू ५०० के लिए नमूनों क्षेत्रों से उजागर parylene हटा दिया गया । यह 1.0 के एक parylene खोदना दर से संबंधित-1.15 µm/
    4. ८० एनएम की एक parylene मोटाई के लिए, ५५ एस के लिए ५० डब्ल्यू और २०० डब्ल्यू के आईसीपी पावर का उपयोग आरएफ शक्ति के नमूनों क्षेत्रों से उजागर parylene को दूर करने के लिए । यह 570-620 एनएम/मिनट के एक parylene खोदना दर से मेल खाती है ।
      नोट: कुशल parylene हटाने के लिए, प्रत्येक रिे प्रणाली के लिए parylene खोदना दर निर्धारित करते हैं ।
    5. एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के साथ नक़्क़ाशी सब्सट्रेट का निरीक्षण किया । parylene पूरी तरह से उजागर क्षेत्रों से हटा दिया है के बाद सिलिकॉन सतह चमकदार दिखाई देगा ।
    6. एक सतह profilometer का उपयोग खोदना गहराई की जांच करें ( सामग्री की तालिकादेखें) ।

3. Parylene लिफ्ट-ऑफ प्रक्रिया

  1. बहुलक समाधान की तैयारी
    1. भंग PGMA-b-PVDMA क्लोरोफॉर्म (1% wt.) में । क्लोरोफॉर्म को azlactone समूहों के hydrolysis को रोकने के लिए निर्जल होना चाहिए ।
      नोट: क्लोरोफॉर्म क्योंकि यह बहुलक के लिए घुलनशीलता के एक उच्च डिग्री है पसंदीदा विलायक है, एक बहुलक श्रृंखला के और अधिक समान सतह के जमाव के लिए अनुमति अंय कार्बनिक सॉल्वैंट्स25की तुलना में ।
  2. प्लाज्मा क्लीनर के साथ सफाई parylene stencils
    1. प्लाज्मा क्लीनर पर बारी ( सामग्री की मेजदेखें) मुख्य शक्ति और प्लाज्मा क्लीनर कक्ष में parylene लेपित सब्सट्रेट डाल दिया ।
    2. वैक्यूम पंप पर मुड़ें और दबाव गेज से कम ४०० mTorr है जब तक चैंबर में हवा खाली ।
    3. थोड़ा पैमाइश वाल्व खोलने के लिए और हवा प्लाज्मा क्लीनर में प्रवेश करने के लिए दबाव गेज 800-1000 mTorr से पता चलता है जब तक अनुमति देते हैं ।
    4. हाय मोड के साथ आरएफ का चयन करें और 3 मिनट के लिए सब्सट्रेट बेनकाब.
    5. प्रक्रिया के अंत में, आरएफ शक्ति और वैक्यूम पंप बंद कर देते हैं ।
    6. प्लाज्मा क्लीनर बंद करें और सब्सट्रेट निकालें ।
      नोट: प्लाज्मा सफाई के बाद, सतह हाइड्रोफिलिक व्यवहार (आंकड़ा 1b) से पता चलता है । पहले और प्लाज्मा सफाई के बाद नंगे सिलिकॉन सतहों के पानी के संपर्क कोण 27 ° ± 2 ° और 0 °, क्रमशः कर रहे हैं ।
  3. PGMA-b-PVDMA, एनीलिंग और sonication के parylene stencils पर स्पिन-कोटिंग
    1. तुरंत स्पिन-कोट 1% wt. PGMA के १०० µ एल के साथ सब्सट्रेट-बी-PVDMA निर्जल क्लोरोफॉर्म में १५०० rpm पर, के लिए 15 एस एक स्पिन कोट का उपयोग ( सामग्री की तालिकादेखें) ।
      नोट: pipetting के 1-2 s के भीतर स्पिन-कोटिंग प्रदर्शन बहुलक समाधान फिल्म गैर कम करने के लिए तेजी से क्लोरोफॉर्म वाष्पीकरण की वजह से एकरूपता.
    2. 18 एच के लिए ( सामग्री की तालिकादेखें) एक वैक्यूम ओवन में ११० ° c पर बहुलक फिल्मों
      नोट: एनीलिंग बहुलक microphase पृथक्करण और सतह के लिए GMA ब्लॉक की सतह लगाव के लिए अनुमति देता है26।
      1. एनीलिंग के बाद, सब्सट्रेट के संपर्क कोण को मापने के द्वारा बहुलक कोटिंग की विशेषता है । सतहों ७५ ° ± 1 ° (चित्रा 1C)20के एक संपर्क कोण दिखाते हैं ।
    3. parylene परत और किसी भी physisorbed बहुलक को हटाने के लिए 10 मिनट के लिए एसीटोन या क्लोरोफॉर्म के 20 मिलीलीटर में सब्सट्रेट Sonicate ।
      नोट: निम्न sonication स्थितियों का उपयोग करें: अल्ट्रा सोनिक पावर, २८४ W; ऑपरेटिंग आवृत्ति, ४० kHz ( सामग्री की तालिकादेखें).
      नोट: Parylene भी सब्सट्रेट के किनारे पर स्कॉच टेप का एक टुकड़ा आवेदन तो टेप खींच27दूर से खुली सब्सट्रेट किया जा सकता है ।
    4. स्टोर एक desiccator में वैक्यूम के तहत सब्सट्रेट जब तक लक्षण वर्णन ।

Figure 1
चित्रा 1: इलाज सिलिकॉन सब्सट्रेट के लिए संपर्क कोण माप । (एक) नंगे सिलिकॉन, (ख) प्लाज्मा साफ सिलिकॉन, (ग) PGMA-B-PVDMA के साथ स्पिन लेपित सिलिकॉन (एनीलिंग और sonication के बाद क्लोरोफॉर्म में) । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

4. PGMA-b-PVDMA इंटरफ़ेस-निर्देशित असेंबली प्रक्रिया

नोट: यह प्रक्रिया या तो एक रासायनिक निष्क्रिय पृष्ठभूमि (धारा ४.१), या एक जैविक निष्क्रिय पृष्ठभूमि (धारा ४.२), आवेदन पर निर्भर करता है युक्त सब्सट्रेट पर किया जा सकता है ।

  1. सिलिकॉन सब्सट्रेट पर रासायनिक निष्क्रिय पृष्ठभूमि की तैयारी
    1. ऑक्सीजन प्लाज्मा क्लीनर का उपयोग करने के लिए नंगे सिलिकॉन साफ (धारा ३.२) ।
    2. पिपेट १०० µ एल के trichloro (एक ज, ज, 2H, 2H-perfluorooctyl) silane (टीपीएस) एक पेट्री पकवान पर और जगह एक निर्वात desiccator के बगल में सिलिकॉन सब्सट्रेट पेट्री डिश के लिए ।
    3. रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) के लिए 1 एच के लिए वैक्यूम (-७५० Torr) लागू करें ।
      चेतावनी: टीपीएस अत्यधिक विषाक्त है और सीवीडी प्रक्रिया एक धुएं हुड के अंदर किया जाना चाहिए ।
      नोट: के बाद 1 h सब्सट्रेट hydrophobic व्यवहार से पता चलता है. १०९ ° ± 3 ° के एक संपर्क कोण आम तौर पर सीवीडी प्रक्रिया के बाद मापा जाता है । टीपीएस फिल्म की मोटाई १.५ ± ०.५ एनएम है ।
      नोट: टीपीएस ब्लॉक PGMA-b-PVDMA के साथ प्रतिक्रियाशील सतह ऑक्साइड की प्रतिक्रिया ।
    4. कोट parylene के साथ वेफर्स (1 µm मोटाई) । प्रदर्शन photolithography और प्रतिक्रियाशील आयन parylene पैटर्न उत्पन्न करने के लिए नक़्क़ाशी (खंड 2) और दूर उजागर क्षेत्रों में टीपीएस परत खोदना करने के लिए.
  2. सिलिकॉन सब्सट्रेट पर पॉलीथीन ग्लाइकोल (खूंटी) पृष्ठभूमि की तैयारी ।
    1. नंगे सिलिकॉन सब्सट्रेट (धारा ३.२) को साफ करने के लिए 3 मिनट के लिए ऑक्सीजन प्लाज्मा क्लीनर का प्रयोग करें ।
    2. 1 ज (धारा 4.1.2) के लिए टीपीएस के सीवीडी प्रदर्शन ।
    3. एक ०.७% wt/v Pluronic F-१२७ के ultrapure पानी में 18 के लिए सतह28,29पर एक खूंटी परत उत्पंन करने के लिए समाधान में विसर्जित कर दिया ।
      नोट: Pluronic दो खूंटी जंजीरों के बीच एक hydrophobicी ऑक्साइड (पीपीओ) बहुलक ब्लॉक शामिल हैं । जबकि खूंटी जंजीरों समाधान28के लिए उजागर कर रहे है पीपीओ ब्लॉक लंगर टीपीएस सतह को बहुलक ।
    4. धो और कुल्ला ultrapure पानी की १०० मिलीलीटर के साथ 5 मिनट के लिए सब्सट्रेट ।
    5. एक parylene कोट का उपयोग कर 4 इंच सिलिकॉन वेफर्स पर जमा ८० एनएम और 1 µm मोटी parylene एन ।
    6. प्रदर्शन photolithography और प्रतिक्रियाशील आयन parylene पैटर्न उत्पन्न करने के लिए नक़्क़ाशी (खंड 2).
  3. Sonication, स्पिन-कोटिंग PGMA-b-PVDMA बहुलक, और एनीलिंग के सब्सट्रेट
    1. Sonicate रासायनिक निष्क्रिय (टीपीएस) सब्सट्रेट (धारा ४.१) या खूंटी-कार्यात्मक सब्सट्रेट (धारा ४.२) एसीटोन में 10 मिनट के लिए parylene परत को दूर करने के लिए.
    2. स्पिन-कोट sonicated सब्सट्रेट के साथ १०० µ एल के 1% wt. PGMA-बी-PVDMA निर्जल क्लोरोफॉर्म में १५०० आरपीएम पर 15 एस.
    3. 18 एच के लिए निर्वात के तहत ११० डिग्री सेल्सियस पर बहुलक फिल्मों ।
    4. सतह पर पृष्ठभूमि क्षेत्रों में physisorbed बहुलक वर्तमान को हटाने के लिए 10 मिनट के लिए एसीटोन या क्लोरोफॉर्म में सब्सट्रेट Sonicate ।
    5. आगे उपयोग तक एक निर्वात desiccator में सब्सट्रेट स्टोर.

5. कस्टम PGMA-बी-PVDMA माइक्रो-संपर्क मुद्रण (μCP)

  1. PDMS स्टांप निर्माण
    1. मानक photolithography प्रक्रिया30के अनुसार सिलिकॉन स्वामी गढ़े । सीवीडी प्रक्रिया का प्रयोग करें (धारा 4.1.2) विरोधी चिपकने वाला टीपीएस सिलिकॉन स्वामी पर जमा करने के लिए ।
      नोट: सिलिकॉन मोल्ड टीपीएस पहली बार यह प्रयोग किया जाता है के साथ व्यवहार किया जाना चाहिए, और फिर से लागू करने के बाद इसे इस्तेमाल किया गया है 5-10 बार ।
    2. प्रदर्शन के लिए मानक नरम लिथोग्राफी तरीके टिकटों के निर्माण के लिए (PDMS अग्रदूत के इलाज एजेंट जन अनुपात 10:1)31।
      नोट: इस अध्ययन में प्रयुक्त टिकटों micropillar arrays से मिलकर बनता है (व्यास = 5-50 µm, ऊंचाई = 20 µm) ।
    3. एक भी टिकट काट दिया । एचसीएल में 10 मिनट के लिए sonicating द्वारा स्टाम्प साफ करें (1 मी), एसीटोन में 5 मिनट, इथेनॉल में 5 मिनट के बाद ।
    4. अवशिष्ट कार्बनिक विलायक को दूर करने के लिए 20 मिनट के लिए ८० ° c पर एक संवहन ओवन में टिकटों सूखी ।
  2. सिलिकॉन सब्सट्रेट पर PGMA-b-PVDMA का Microcontact मुद्रण
    1. सीवीडी प्रक्रिया (धारा 4.1.2) का उपयोग कर PDMS टिकटों की सतह पर टीपीएस जमा ।
      नोट: टीपीएस परत करने के लिए स्टांप सतह के लिए बहुलक के युग्मन को रोकने के लिए प्रयोग किया जाता है ।
      नोट: संपर्क कोण माप टीपीएस सोखना के बाद टिकटों की विशेषता के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, के रूप में चित्रा 2 में दिखाया गया (इनसेट ए, बी)।
    2. 0.25-1% wt की एकाग्रता पर निर्जल क्लोरोफॉर्म में PGMA-b-PVDMA बहुलक भंग ।
    3. 3 मिनट के लिए बहुलक समाधान के 5 मिलीलीटर में टिकटों जलमग्न ।
    4. प्लाज्मा साफ 2 × 2 cm PGMA ब्लॉक (धारा ३.२) के साथ युग्मन के लिए सतह को साफ करने के लिए 3 मिनट के लिए नंगे सिलिकॉन सब्सट्रेट ।
    5. बाहर बहुलक-लेपित टिकटों बहुलक समाधान से ले लो ।
      नोट: स्टांप मुद्रण के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए, जबकि वे अभी भी गीले है और समाधान की एक परत उन पर मौजूद है ।
    6. सीधे सिलिकॉन सब्सट्रेट पर करार स्टांप रखो ।
    7. एक मैनुअल ड्रिल प्रेस स्टैंड का प्रयोग करें ( सामग्री की मेजदेखें) (चित्रा 3) के लिए सिलिकॉन सतह पर बहुलक लेपित टिकटों प्रेस करने के लिए पैटर्न स्थानांतरण को बढ़ावा देने के । तुरंत सब्सट्रेट करने के लिए स्टांप लागू करें (1-2 एस के भीतर) बाहर बहुलक समाधान से लेपित टिकट लेने के बाद ।
      नोट: दोनों सिलिकॉन और PDMS स्टांप डबल पक्षीय टेप समर्थन पर रखा जा सकता है PDMS टिकट विरूपण के कारण कम करने के लिए गैर वर्दी या उच्च३२मुद्रांकन दबाव ।
    8. 1 मिनट के लिए बहुलक करार स्टांप और सिलिकॉन सब्सट्रेट के बीच अनुरूप संपर्क लागू करें । प्रेस करने के लिए ७५ g/cm2(७.३५ केपीए) के अनुमानित दाब का प्रयोग करे ।
    9. धीरे से सिलिकॉन सतह से टिकट अलग ।
    10. 18 घंटे के लिए ११० डिग्री सेल्सियस पर एक वैक्यूम ओवन में तुरंत मुद्रित सिलिकॉन सब्सट्रेट ।
    11. Sonicate एसीटोन या क्लोरोफॉर्म में मुद्रित सिलिकॉन सब्सट्रेट को 10 मिनट के लिए किसी भी शारीरिक रूप से हटाने के लिए-adsorbed PGMA-b-PVDMA और फिर N2के साथ सूखी ।
      1. दोनों PDMS स्टांप (मुद्रण चरण के बाद) और मुद्रित-सिलिकॉन (एनीलिंग और sonication चरणों के बाद) के लिए PGMA-b-PVDMA के सफल स्थानांतरण सत्यापित करने के लिए सतह के लक्षण विश्लेषण निष्पादित करें ।
        नोट: सतह profilometer और तनु कुल चिंतनशील रूपान्तर-रूपांतरण अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (एटीआर-स्विचेज) विश्लेषण मुद्रित-सिलिकॉन सब्सट्रेट और PDMS स्टांप, क्रमशः विश्लेषण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।
    12. स्टोर एक desiccator में वैक्यूम के तहत सब्सट्रेट जब तक लक्षण वर्णन ।

Figure 2
चित्रा 2 : इलाज PDMS टिकटों (सापेक्ष तीव्रता) के लिए एटीआर-स्विचेज माप । (इनसेट ए) नंगे PDMS स्टांप के लिए संपर्क कोण माप । (इनसेट बी) टीपीएस इलाज PDMS स्टांप के लिए संपर्क कोण माप । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3: सिलिकॉन सब्सट्रेट पर PGMA-b-PVDMA समाधान के μCP के लिए सेटअप । प्रक्रिया एक (एक) मैनुअल ड्रिल प्रेस का उपयोग भी शामिल है, (ख) एक टीपीएस-कार्यात्मक PDMS PGMA-b-PVDMA बहुलक के साथ लेपित स्टांप, (ग) एक प्लाज्मा 2 × 2 सेमी सिलिकॉन सब्सट्रेट साफ है, और (घ) डबल पक्षीय टेप ।

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Representative Results

संपर्क कोण मापन PGMA-b-PVDMA के साथ सिलिकॉन के functionalization का मूल्यांकन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । चित्रा 1 अलग प्रसंस्करण कदम के दौरान सिलिकॉन सब्सट्रेट के संपर्क कोण को दर्शाया गया है । हाइड्रोफिलिक व्यवहार प्लाज्मा साफ सिलिकॉन सब्सट्रेट चित्र 1bमें दिखाया गया है । बहुलक स्पिन कोटिंग और एनीलिंग के बाद संपर्क कोण ७५ ° ± 1 ° है(चित्रा 1सी) जो Lokitz एट अल द्वारा सूचित मूल्यों के अनुरूप है PVDMA सतहों20।

चित्रा 2 µ सीपीई प्रक्रिया के विभिन्न चरणों के दौरान एटीआर-स्विचेज स्पेक्ट्रा और PDMS टिकटों के संपर्क कोण माप से पता चलता है. मुद्रण के बाद, azlactone carbonyl पर कंपन खींच ~ १८१८ सेमी-1 ३४ ९% से कम हो जाती है । चित्रा 2 (इनसेट ए, बी) टीपीएस उपचार के बाद PDMS टिकटों के hydrophobicity में परिवर्तन को भी दर्शाया गया है ।

स्टांप-सब्सट्रेट दबाने µ सीपी में एक महत्वपूर्ण कदम है । चित्रा 3 के लिए बहुलक लेपित स्टांप और सिलिकॉन सब्सट्रेट के बीच वर्दी संपर्क प्राप्त करने के लिए आवश्यक मैनुअल रोटरी उपकरण के विभिन्न भागों दर्शाती है ।

Figure 4
चित्रा 4: नमूनों, crosslinked या ब्रश फिल्मों में PGMA-बी-PVDMA पैदा करने के लिए विकसित तकनीकों का विवरण । यह आंकड़ा Masigol एट अल से संशोधित किया गया है । 24 . (एक) parylene लिफ्ट के योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व-बंद प्रोटोकॉल सिलिकॉन सब्सट्रेट पर बहुलक ब्रश पैटर्न के लिए, 1. सिलिकॉन वेफर (डब्ल्यू/देशी ऑक्साइड), 2. parylene साठा (1 µm या ८० एनएम), 3 . photoresist स्पिन कोटिंग, 4. यूवी एक्सपोजर और विकास, 5. ऑक्सीजन प्लाज्मा नक़्क़ाशी, 6. बहुलक स्पिन कोटिंग, 7. एनीलिंग और parylene लिफ्ट बंद । (ख) जैविक/रासायनिक (खूंटी/टीपीएस) निष्क्रिय सब्सट्रेट, 1. सिलिकॉन वेफर (डब्ल्यू/देशी ऑक्साइड), 2 पर पैटर्न बहुलक ब्रश के लिए आईडीए प्रक्रिया । खूंटी/टीपीएस जमाव, 3. parylene साठा (1 µm या ८० एनएम), 4. photoresist स्पिन कोटिंग, 5 . यूवी एक्सपोजर और विकास, 6. ऑक्सीजन प्लाज्मा उपचार, 7. parylene लिफ्ट बंद, 8. बहुलक स्पिन कोटिंग, 9. एनीलिंग और sonication । (ग) सिलिकॉन पर crosslinked बहुलक संरचनाओं की जनरेशन µ सीपीई विधि का उपयोग कर, 1. लिथोग्राफी टीपीएस कोटिंग के बाद PDMS स्टांप बनाने के लिए नरम-, 2. टीपीएस-कार्यात्मक PDMS पर बहुलक भनक, 3 . स्टाम्प/सब्सट्रेट संपर्क, 4. एनीलिंग और sonication. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

चित्रा 4 बहुलक पैटर्न24पैदा करने के लिए कदम दर कदम प्रक्रियाओं से पता चलता है । इन प्रक्रियाओं के लिए डिज़ाइन कर रहे हैं: (1) पैटर्न वर्दी ब्रश संरचनाओं PGMA-b-PVDMA पॉलिमर पर रासायनिक/parylene लिफ्ट ऑफ और आईडीए तकनीक लागू करने के द्वारा जैविक निष्क्रिय सब्सट्रेट (चित्रा 4a, 4 ख), या (2) माइक्रोन पैमाने पर मोटाई (चित्रा 4c) के मोटा फिल्म पैटर्न उत्पन्न करतेहैं ।

Figure 5
चित्रा 5: parylene लिफ्ट बंद प्रक्रिया के प्रतिनिधि परिणाम । (ए) एनीलिंग के साथ सिलिकॉन पर PGMA-बी-PVDMA बहुलक पैटर्न के Brightfield छवियों (इनसेट मैं) और बिना एनीलिंग (इनसेट द्वितीय) (स्केल बार = ४० µm) । (ख) बहुलक मोटाई के साथ या एनीलिंग के बिना क्लोरोफॉर्म में 10 मिनट sonication के बाद मापा । (ग) 1 µm मोटी parylene stencils के लिए क्रॉस-अनुभागीय बहुलक ऊंचाई प्रोफ़ाइल । (घ) ८० एनएम मोटी parylene stencils के लिए क्रॉस-अनुभागीय बहुलक ऊंचाई प्रोफ़ाइल । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

parylene लिफ्ट तकनीक से PGMA-b-PVDMA ब्लॉक सह पॉलिमर, ~ ९० एनएम फिल्म मोटाई के लिए इसी ब्रश संरचनाओं को प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । चित्रा 5 एक (इनसेट मैं) पैटर्न बहुलक मुक्त पृष्ठभूमि से घिरा स्पॉट दर्शाया गया है । एनीलिंग महत्वपूर्ण कदम है बहुलक चरण-पृथक्करण और मजबूत सतह ऑक्साइड24के साथ GMA ब्लॉक पर epoxy समूहों की प्रतिक्रिया के माध्यम से आबंध सतह लगाव । के रूप में चित्रा 5ए (इनसेट द्वितीय) से पता चलता है, एनीलिंग के बिना, क्लोरोफॉर्म में sonication नमूनों बहुलक की बहुत दूर होगा । अधिक विस्तार में एनीलिंग के प्रभाव की जांच करने के लिए, एक 1% wt. क्लोरोफॉर्म में बहुलक की एकाग्रता स्पिन एक प्लाज्मा पर लेपित था-सिलिकॉन सब्सट्रेट साफ (parylene के बिना) । बहुलक मोटाई ellipsometry द्वारा मापा गया था ( सामग्री की तालिकादेखें) । जबकि क्लोरोफॉर्म में sonication गैर-annealed सब्सट्रेट से बहुलक की सबसे हटाने के लिए नेतृत्व किया, बहुलक की मोटाई में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन annealed सब्सट्रेट्स (चित्रा 5B)के लिए मनाया गया था । 1 µm parylene stencils के मुकाबले ८० एनएम parylene stencils ने उच्चतर फिल्म एकरूपता (फिगर 5C, 5डी)उत्पन्न की ।

Figure 6
चित्रा 6: PGMA-बी-PVDMA के रासायनिक और जैविक रूप से निष्क्रिय पृष्ठभूमि में ब्रश की तरह पैटर्न पैदा करने के लिए आईडीए विधि के प्रतिनिधि परिणाम । यह आंकड़ा Masigol एट अल से संशोधित किया गया है । 24 . (क) टीपीएस और खूंटी पृष्ठभूमि में PGMA-b-PVDMA पैटर्न । (ख) टीपीएस लेपित सब्सट्रेट पर बहुलक पैटर्न और प्रतिनिधि बहुलक फिल्म मोटाई का AFM माप । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

आईडीए तकनीक रासायनिक या जैविक निष्क्रिय पृष्ठभूमि पर PGMA-b-PVDMA बहुलक की सह पैटर्न वर्दी फिल्मों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । चित्रा 6 एक खूंटी/टीपीएस पृष्ठभूमि पर PGMA-b-PVDMA पैटर्न दिखाता है । यह दृष्टिकोण 90-100 एनएम मोटाई के नमूनों की फिल्मों में बढ़त दोषों से पहले विधि से मनाया बिना परिणाम (चित्रा 5C, 5डी) । चित्रा 6ख में AFM प्रोफाइल आईडीए विधि का उपयोग कर प्राप्त बहुलक फिल्म मोटाई का चित्रण ।

Figure 7
चित्रा 7: PGMA-बी-PVDMA की पार से जुड़ी फिल्में बनाने के लिए μCP तकनीक के प्रतिनिधि परिणाम. यह आंकड़ा Masigol एट अल से संशोधित किया गया है । 24. (क) सिलिकॉन सब्सट्रेट (1% wt. पॉलिमर)पर मुद्रित पॉलिमर की ऊंचाई प्रोफाइल । (इनसेट मैं) PGMA-बी-PVDMA एनीलिंग के साथ µ सीपी के बाद प्राप्त पैटर्न, और (इनसेट द्वितीय) बिना एनीलिंग (स्केल बार = 30 µm) । (ख) PGMA-बी-PVDMA मुद्रण के बाद नंगे सिलिकॉन और सिलिकॉन सब्सट्रेट के एटीआर-स्विचेज विश्लेषण. (ग) औसत crosslinked फिल्म ऊंचाई पर अलग बहुलक भनक सांद्रता का उपयोग करने का प्रभाव (त्रुटि सलाखों के औसत से मानक विचलन का वर्णन) । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

µ वाणिज्यिक पत्र सिलिकॉन सतहों पर PGMA-b-PVDMA पॉलिमर पैटर्न करने के लिए अंतिम दृष्टिकोण के रूप में विकसित किया गया था । parylene लिफ्ट बंद और आईडीए तकनीकों के विपरीत, बहुलक फिल्मों में इस दृष्टिकोण परिणाम माइक्रोन पैमाने पर मोटाई पैटर्न (चित्रा 7A)। वहां कई महत्वपूर्ण कदम है कि करने के लिए स्टांप से बहुलक के कुशल हस्तांतरण के लिए आवश्यक थे मुद्रण प्रक्रिया के दौरान सब्सट्रेट करने के लिए । सबसे पहले, टीपीएस के साथ PDMS functionalization को PGMA-b-PVDMA को बाधित करने की आवश्यकता थी (चित्रा 2, इनसेट ए, बी)। दूसरा, सब्सट्रेट पर प्लाज्मा उपचार बहुलक (आंकड़ा 1b)के PGMA ब्लॉक में मौजूद epoxy समूहों के साथ प्रतिक्रिया के लिए एक ऑक्साइड सतह परत बनाने के लिए आवश्यक था । अंत में, मुद्रांकन बहुलक फिल्मों की एनीलिंग फिल्म भर में crosslinking को बढ़ावा देने के लिए आवश्यक था; चित्र 7 एक (इनसेट मैं और द्वितीय) sonication के बाद annealed और गैर annealed सब्सट्रेट, जहां गैर annealed फिल्मों के लिए महत्वपूर्ण नुकसान मनाया गया दिखा । पैटर्निंग तकनीक के लिए एक और आवश्यकता के लिए azlactone कार्यशीलता, जो ~ १८१८ सेमी-1 (चित्रा 7B)पर कंपन खींच carbonyl को मापने के द्वारा सत्यापित किया गया था बनाए रखने के लिए गया था । अंत में, µ सीपी तकनीक भी PGMA की सांद्रता अलग करके बहुलक मोटाई फिल्मों के अतिसूक्ष्म नियंत्रण सक्षम-बी-क्लोरोफॉर्म में PVDMA की भनक कदम (चित्रा 7C)के दौरान ।

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Discussion

इस अनुच्छेद PGMA-b-PVDMA, लाभ और कमियां के अपने सेट के साथ प्रत्येक के लिए तीन दृष्टिकोण प्रस्तुत करता है । parylene लिफ्ट बंद विधि पैटर्न ब्लॉक सह के लिए एक बहुमुखी विधि है नेनो संकल्प माइक्रो पर पॉलिमर, और अंय patterning सिस्टम३३,३४,३५में एक जमाव मुखौटा के रूप में इस्तेमाल किया गया है । इसकी अपेक्षाकृत कमजोर सतह आसंजन के कारण, parylene स्टैंसिल आसानी से एक विलायक में sonication द्वारा सतह पृष्ठभूमि क्षेत्रों को बेनकाब करने के लिए के बाद से हटाया जा सकता है । पृष्ठभूमि क्षेत्रों में लगातार स्वच्छ और अवशिष्ट बहुलक से मुक्त दिखाई देते हैं । चूंकि parylene एक किस्म के लिए निष्क्रिय है सतहों३६,३७इस दृष्टिकोण अलग पृष्ठभूमि सतह chemistries की एक किस्म में PGMA-b-PVDMA जमा करने के लिए उपयोगी है । एक पहलू है कि प्रभावित फिल्म एकरूपता parylene स्टैंसिल मोटाई था । उत्पन्न PGMA-बी-PVDMA संरचनाओं पर स्टैंसिल मोटाई के प्रभाव की जांच करने के लिए दो भिन्न parylene मोटाई (1 µm और ८० एनएम) का उपयोग किया गया (Method A, figure 4) । 1 µm के साथ तुलना में, ८० एनएम मोटी parylene उच्च एकरूपता के साथ बहुलक फिल्मों बनाया, तथापि, एज दोष दोनों मामलों में प्रत्येक बहुलक स्थान के आसपास मनाया गया (चित्रा 5C, 5डी)। यह होने की संभावना के कारण एक का निर्माण बहुलक स्टैंसिल के खिलाफ स्पिन के दौरान-कोटिंग कदम है, जो तब एनीलिंग कदम के दौरान पैटर्न किनारों पर मोटा फिल्मों में crosslinked था । हालांकि, एनीलिंग स्थिर बहुलक पैटर्न प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है (आंकड़ा5, 9ख), इस प्रकार एज दोष इस पद्धति के साथ अपरिहार्य थे ।

एक विकल्प के रूप में, आईडीए patterning विधि parylene stencils ऑक्साइड पैटर्न है कि PGMA-b-PVDMA पॉलिमर के आत्म-विधानसभा एक नकाबपोश जमाव प्रक्रिया में सतह के लिए गाइड उत्पंन करने के लिए उपयोग करता है (विधि बी, चित्रा 4)। Physisorbed पॉलिमर तुरंत स्पिन कोटिंग कदम के बाद पृष्ठभूमि क्षेत्रों में मौजूद sonication द्वारा कार्बनिक विलायक में हटा रहे हैं । इन कदमों के बाद प्रदर्शन कर रहे हैं, brightfield, SEM, और सतह के AFM छवियों पता चलता है PGMA-b-PVDMA पैटर्न है कि सिलिकॉन ऑक्साइड पैटर्न (चित्रा 6A)मैच । पिछली विधि के विपरीत, पैटर्न फिल्मों एज-दोष के बिना उच्च एकरूपता दिखाने के लिए, के रूप में कोई मुखौटा स्पिन कोटिंग कदम के दौरान मौजूद था । बहुलक फिल्मों के परिणामस्वरूप मोटाई 90-100 एनएम है, PGMA के लिए ब्रश के लिए रिपोर्ट की मोटाई के साथ समझौते मेंबी-इस आणविक वजन के PVDMA बहुलक20। इस उत्कृष्ट विशेषता या तो PGMA-b-PVDMA पैटर्न घनत्व, या PVDMA श्रृंखला के आणविक वजन का समायोजन करके रासायनिक जेट की सटीक हेरफेर सक्षम बनाता है ।

जबकि आईडीए विधि अनुप्रयोगों जहां फिल्म एकरूपता महत्वपूर्ण है के लिए पसंद है, वहां दो विधि में निहित कमियां हैं । पहले, अवशिष्ट PGMA के गठन-बी-PVDMA बहुलक पृष्ठभूमि क्षेत्रों में हो सकता है, के रूप में चित्र 6Aमें टीपीएस पृष्ठभूमि क्षेत्रों में उल्लेख किया जा सकता है । यदि पृष्ठभूमि बहुलक एक मुद्दा है, पृष्ठभूमि की रासायनिक अखंडता पहले एटीआर-स्विचेज या पानी के संपर्क कोण माप३९के साथ की जांच की जानी चाहिए । अतिरिक्त sonication भी अवशिष्ट बहुलक को हटाने के लिए उपयोगी हो सकता है । दूसरा, आईडीए विधि केवल पृष्ठभूमि है कि PGMA या बहुलक में PVDMA समूहों के लिए प्रतिक्रिया कर रहे है करने के लिए सीमित है । अंय पृष्ठभूमि प्रतिक्रियाशील moieties युक्त (अमीन, thiols, आदि) की संभावना बहुलक को जोड़ा जाएगा, पैटर्न अखंडता समझौता ।

parylene और आईडीए पैटर्निंग तरीकों पूरक करने के लिए, अनुकूलित µ सीपी प्रोटोकॉल मोटा PGMA-b-PVDMA संरचनाओं (विधि सी, चित्रा 4)उत्पन्न करता है, उच्च सतह से मात्रा अनुपात है कि लोडिंग बढ़ा सकते हैं प्रदान करने के लिए रासायनिक या जैविक analytes का कब्जा अनुप्रयोगों में या सेल लगाव, व्यवहार्यता में सुधार, और सेल संस्कृति अनुप्रयोगों में प्रसार४१,४२। यहां, दोनों के टिकट और सब्सट्रेट की सतह रसायन विज्ञान कुशल बहुलक हस्तांतरण बनाए रखने के लिए आवश्यक थे, जबकि उच्च पैटर्न अखंडता को बनाए रखने । PGMA-b-PVDMA हस्तांतरण एक टीपीएस परत के साथ स्टांप के इलाज के लिए स्टांप४४की सतह मुक्त ऊर्जा में कमी की सुविधा थी, जबकि भी ऑक्सीजन प्लाज्मा के साथ सिलिकॉन सब्सट्रेट तुरंत मुद्रण से पहले प्रतिक्रियाशील प्रदान करने के लिए इलाज PGMA ब्लॉक23में मौजूद epoxy समूहों के लिए युग्मन के लिए सतह हाइड्रॉक्सिल समूहों ।

µ सीपी प्रोटोकॉल में एक प्राथमिक चुनौती बहुलक की भनक समाधान तैयार करने के लिए क्लोरोफॉर्म विलायक के उपयोग से आता है । स्टांप भर में तेजी से विलायक वाष्पीकरण गैर वर्दी बहुलक भनक पैदा कर सकता है, पैटर्न reproducibility24,४३समझौता । इससे बचने के लिए, यह महत्वपूर्ण है कि टिकटों पूरी तरह से भनक समाधान के 5 मिलीलीटर की मात्रा में जलमग्न थे, के रूप में टिकट की सतह के शीर्ष पर समाधान की छोटी मात्रा pipetting का विरोध किया था । अलग डुबकी बार जांच की गई, और 3 मिनट के लिए इस प्रक्रिया के लिए इष्टतम पाया गया था । यह तो समाधान से हटाने के 1-2 सेकंड के भीतर सब्सट्रेट के शीर्ष पर सीधे गीला स्टांप जगह और Dremel उपकरण सेटअप (चित्रा 3) का उपयोग कर टिकट के लिए मैनुअल दबाव जोड़ने के लिए आवश्यक था. इस प्रक्रिया में स्थानांतरण दक्षता और एकरूपता बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण था, जो गीला शर्तों के तहत हस्तांतरण के लिए अनुमति दी । यदि इस प्रक्रिया से पैटर्न अभी भी गैर वर्दी प्रकट होता है, स्टांप विकृति की संभावना है । इस मामले में, नरम-लिथोग्राफी चरण में PDMS आधार/इलाज एजेंट का अनुपात४६कड़ा टिकट उत्पंन करने के लिए बदला जा सकता है ।

सारांश में, तरीकों और यहां प्रस्तुत परिणाम PGMA-b-PVDMA बहुलक के साथ patterned इंटरफेस बनाने के लिए कई तरीकों का वर्णन । तरीकों को आवेदन के आधार पर ब्रश या crosslinked संरचनाओं के साथ पैटर्न फिल्मों उत्पंन नियोजित किया जा सकता है । बहुलक रासायनिक या जैविक रूप से निष्क्रिय पृष्ठभूमि में नमूनों किया जा सकता है । के रूप में बहुलक का जमाव जमाव प्रक्रिया में अंतिम चरण है, azlactone कार्यक्षमता प्रत्येक प्रतिमान प्रोटोकॉल में संरक्षित है । नमूनों के बाद, सब्सट्रेट अन्य रासायनिक या जैविक समूहों के साथ पोस्ट-functionalization के लिए तैयार हैं.

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस शोध को कैनसस स्टेट यूनिवर्सिटी ने सपोर्ट किया । इस अनुसंधान के एक हिस्से Nanophase सामग्री विज्ञान, जो ओक रिज राष्ट्रीय प्रयोगशाला में वैज्ञानिक उपयोगकर्ता सुविधाएं प्रभाग, बुनियादी ऊर्जा विज्ञान और ऊर्जा विभाग के अमेरिका के कार्यालय द्वारा प्रायोजित है के लिए केंद्र में आयोजित किया गया था ।

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 -

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इंजीनियरिंग अंक १३६ कार्यात्मक इंटरफेस azlactone पॉलिमर निर्माण microcontact मुद्रण इंटरफेस विधानसभा का निर्देशन किया parylene
Azlactone-कार्यात्मक ब्लॉक सह पॉलिमर के ब्रश की तरह और Crosslinked फिल्मों के साथ प्रतिक्रियाशील सतहों बनाना
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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).

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