Morbido Funzionalizzazione litografica e Patterning ossido senza silicio e germanio

1A. Monostrato Formazione Primaria su Silicio Taglio wafer di silicio in 1 centimetro due substrati, polvere e risciacquare con acqua ed etanolo filtrata. Eliminare la contaminazione organica immergendo i substrati di silicio in un piatto di vetro contenente Nano striscia a 75 º C. Dopo 15 minuti, risciacquare con acqua deionizzata ogni substrato, acqua filtrata. Luogo ogni substrato in una soluzione al 5% HF (Attenzione: HF è un materiale estremamente pericoloso) per rimuovere lo strato di ossido nativo. Dopo 5 minuti a secco senza l'ossido di silicio con l'azoto Per produrre un substrato clorurati, subito immergere ogni pezzo senza ossido di silicio in una fiala di scintillazione contenente 2 ml di satura PCl 5 in clorobenzene. Questa soluzione deve essere filtrata a 0,2 micron. Montare un condensatore fiala sopra ogni flacone e metterli in una heatblock set a 112 ° C per un'ora. Dopo la reazione è completa, lasciate raffreddare e risciacquare fiale ogni surface con clorobenzene e secco sotto azoto filtrata. Per formare un propenil-termina substrato, posto ogni superficie di silicio clorurati in un flaconcino di pressione contenente 4 ml di cloruro di magnesio propenil. Luogo ogni flacone pressione in un heatblock a 130 ° C per 24 ore. Prendere ogni fiala di pressione fuori dal heatblock e lasciate raffreddare. Sciacquare ogni superficie rapidamente con DCM ed etanolo e secco sotto azoto filtrata. 1B. Monostrato Formazione primaria sul Germanio Taglio wafer germanio nei supporti 1cm2, polvere e risciacquare con acqua ed etanolo filtrata. Eliminare la contaminazione organica immergendo le superfici in un piatto di vetro contenente acetone per 20 minuti Luogo ogni superficie in una soluzione al 10% di HCl per 15 minuti. Questo processo elimina contemporaneamente lo strato di ossido nativo e clorurati la superficie. Dopo 5 minuti asciugare i substrati con azoto. Per formare un substrato ottil-terminated, place ogni clorurati superficie germanio in un flaconcino di pressione contenente 4 ml di cloruro di magnesio ottile (2 mm). Luogo ogni flacone pressione in un heatblock a 130 ° C per 48 ore. Prendere ogni fiala di pressione fuori dal heatblock e lasciate raffreddare a temperatura ambiente. Sciacquare ogni superficie rapidamente con DCM ed etanolo e secco sotto azoto filtrata. 2. NHS Funzionalizzazione substrato su silicio e germanio Preparare una filtrata 0,1 M NHS-diazirine soluzione in tetracloruro di carbonio. Attenzione: Mantenere l'esposizione alla luce al minimo. Pipetta alcune gocce della soluzione sulle superfici metile terminale. Permettere alla soluzione di diffondere su tutta la superficie. Posizionare le superfici sotto una lampada UV (☐ = 254 nm, 4400/cm2 a 0,74 pollici). Lasciare le superfici di reagire ai raggi UV per 30 minuti, quindi aggiungere più NHS-diazirine alla superficie e lasciare che la reazione di proseguire per altri 30 minuti. Sciacquare la modifica NHS surfaces con DCM ed etanolo e secco sotto azoto filtrata. 3. Molecola Funzionalizzazione piccoli Reagire NHS-modified substrati in una 20 mm ter-butil carbamoil (Boc-) etilendiammina soluzione in diclorometano (DCM) per due ore a temperatura ambiente. Dopo la reazione, lavare i Boc-modified substrato con DCM e etanolo. Deprotect il substrato Boc modificati utilizzando il 25% acido trifluoroacetico (TFA) in DCM per un'ora a temperatura ambiente. Sciacquare la superficie risultante con DCM, etanolo e 10% (w / v) di bicarbonato di potassio in acqua e asciugare sotto azoto filtrata. Analizzare tutte le superfici con XPS per determinare la composizione elementare. 4. Acida poliuretano Acrilato Timbro (PUA) Preparazione Diluire acrilato A del 30% con B triacrylate trimetilolpropano etossilato per ridurre la viscosità. Aggiungi fotoiniziatori C e D per la miscela di reazione (Fig.URE 6). Aggiungi sodio 2-mercaptoethanesulfonate (0,2 g, 1.22 mmol) ad una soluzione HCl 4N in diossano (10 ml) e mescolare a temperatura ambiente per 2 minuti. Filtrare fuori il cloruro di sodio prima attraverso un filtro di vetro fine e poi attraverso una membrana di 0,2 μ m siringa in PTFE filtro per permettere una soluzione limpida di 2-mercaptoethanesulfonic acido diossano. Diossano evaporare a pressione ridotta Reagire l'acido solfonico risultante con 2 ml di poliuretano acrilato miscela prepolymeric a temperatura ambiente e poi sotto vuoto a 50 ° C. Assicurati di liberare completamente la miscela di bolle d'aria intrappolate. Raffreddare la soluzione risultante a temperatura ambiente e polimerizzare tra due lastre di vetro microscopio o un vetrino e un maestro per esposizione a luce UV per 2 ore a temperatura ambiente. Dopo la polimerizzazione, con attenzione buccia fuori il timbro del maestro e lavare il timbro con etanolo e l'acqua e asciugare con nitroge filtratan. 5. Stampa catalitica e SEM / Analisi AFM Posizionare il corrispondente poliuretano acrilato timbro sulla parte superiore del NHS-modified substrato a temperatura ambiente per un minuto in assenza di carico esterno per tenerli insieme. Dopo la reazione, a parte il timbro e il substrato. Sciacquare il substrato con l'etanolo, l'acqua, etanolo e poi asciugare con azoto filtrato. Sciacquare il timbro con l'etanolo, l'acqua, etanolo e poi asciugare con azoto filtrato. Conservare i francobolli a temperatura ambiente prima della successiva applicazione. Analizza la struttura prodotta utilizzando la modalità di contatto laterale microsopy forza atomica (AFM) e microscopia elettronica a scansione (SEM) 6. Proteine ​​Patterning e Microscopia a fluorescenza Immergere il SSN-fantasia substrato bifunzionale in lisina-N, N-diacetic acido (20 mm) e Et 3 N (100 mm) in DMF: H20 (1:1) a temperatura ambiente per 1 ora e poi sciacquato conacqua ed etanolo. Incubare i substrati in 50 mM NiSO4 soluzione per 5 minuti a temperatura ambiente. Sciacquare i substrati chelati con abbondante acqua e tampone vincolante (20 NaP mm, 250 mm NaCl, 10 mM imidazolo, pH 7,5) e immergere in una soluzione filtrata GFP (~ 40 μ M) per 1 ora a 0 ° C. Sciacquare immediatamente i substrati con tampone vincolante seguito da PBS (pH 7,4). Mantenere idratata substrati in PBS a 0 ° C fino a quando non erano pronti per l'analisi microscopia a fluorescenza. 7. Proteine ​​Patterning e Microscopia a fluorescenza Immergere il SSN-fantasia substrato bifunzionale in lisina-N, N-diacetic acido (20 mm) e Et 3 N (100 mm) in DMF: H 2 0 (1:1) a temperatura ambiente per 1 ora e poi risciacquate con acqua ed etanolo. Incubare i substrati in un 50 mm Niso 4 soluzione per 5 minuti a temperatura ambiente. Sciacquare i substrati chelati eccessivamente wacqua-esima e binding buffer (20 mM NaP, 250 mM NaCl, 10 mM imidazolo, pH 7,5) e immergere in una soluzione filtrata GFP (~ 40 mM) per 1 ora a 0 ° C. Sciacquare immediatamente i substrati con tampone vincolante seguito da PBS (pH 7,4). Mantenere idratata substrati in PBS a 0 ° C fino a quando non erano pronti per l'analisi microscopia a fluorescenza. 8. Rappresentante dei risultati: Un esempio di soft-patterning litografico nano catalitico è mostrata in Figura 7. L'approccio crea pattern chemoselective sulla privo di ossidi di silicio e germanio, che può essere ortogonalmente funzionalizzati con prodotti chimici diversi e frazioni biologiche. La reazione tra il SSN-functioanlized substrato e il timbro catalitico fantasia porta alla idrolisi delle frazioni NHS nelle aree di contatto conformazionale, producendo una fantasia bifunzionale regioni substrato portante del NHS attivato e gli acidi carbossilici. A causa della diffusioni di natura gratuita del nostro metodo, ottenere una risoluzione vicina a quella della fotolitografia. Per esempio, la Figura 7 mostra caratteristiche di 125 nm, che sono stati riprodotti in modo uniforme su tutta la superficie del substrato di silicio. Sorprendentemente, il timbro catalitica può essere riutilizzato più volte senza perdere efficienza. Chemoselective funzionalizzazione di semiconduttori fantasia con biomolecole apre la prospettiva di integrare i tradizionali materiali elettronici con i substrati biologici altamente selettivi per applicazioni nel rilevamento, diagnostica, e le aree di analisi della ricerca. Un esempio di tale funzionalizzazione è mostrato in figura 8, dove NHS-fantasia silicio è stata selettivamente funzionalizzati con molecole proteiche. Sfruttando la reattività differenziale di acidi carbossilici attivati ​​e libero, per prima cosa apposta nitrilotriacetico acido-terminato (NTA) linker heterobifunctional al SSN-funzionalizzati regioni, e poi utilizzato la conseguenteNTA-superficie modellata come un modello per l'attaccamento selettivo di esa-istidina-tagged GFP. Figura 8b mostra chiaramente l'intensità di fluorescenza differenziale tra GFP-modificato e idrolizzato regioni indenni acido carbossilico. Le dimensioni e la forma delle caratteristiche replicato sono coerenti tra le due superfici NHS modellata (Fig. 8a) e GFP-modified superficie (Figura 8b), confermando la notevole stabilità del carbonio passivato superfici e la selettività del metodo di stampaggio. Il protocollo non si limita alla proteina His-tag, e può essere utilizzato per altre biomolecole modello compreso il DNA e gli anticorpi. Figura 1. Regime generale in rappresentanza di stampa catalitico microcontact Figura 2. Struttura del bi-strato msistema olecular su Ge e Si. Primaria monostrato alchilico forme stabili Ge-C o Si-C legami con il substrato e fornisce un sistema chimicamente inerte e chiudere imballato che protegge la superficie sottostante dal degrado. (B) overlayer secondaria forma legami stabili con primarie CC strato protettivo e fornisce terminali funzionali gruppi Figura 3. Schemi di reazione che rappresenta la formazione di monostrati primaria di protezione su Si (A) e Ge (B) Figura 4. Funzionalizzazione chimica del monostrato protettivo primario con un donatore carbene heterobifunctional Reazione Figura 5. Schema dimostrando modifiche piccola molecola di NHS-funzionalizzati subStrates e gli spettri corrispondenti XPS Figura 6. Composizione della catalitico pre-miscela polimerica, le condizioni di polimerizzazione, e le immagini SEM della fantasia solfonico acido-modificato il timbro e il corrispondente in PMMA-Si padrone Figura 7. SEM e le immagini attrito AFM di SAM modellata su Si e Ge con un timbro acido Figura 8 Soft-patterning litografico e funzionalizzazione del silicio passivato con molecole organiche e biologiche a:.. Immagine SEM della fantasia NHS-modified substrato b:. Micrografia di substrato fluorescente GFP modificate.