Funcionalização litografia macia e livre de óxido Patterning silício e germânio

1A. Formação monocamada primário no Silicon Cut wafer de silício em substratos 1cm 2, pó e enxágüe com água filtrada e de etanol. Eliminar a contaminação orgânica, submergindo os substratos de silício em um prato de vidro contendo Nano strip em 75 º C. Após 15 minutos, lave cada substrato com água, deionizada filtrada. Coloque cada substrato em uma solução de HF 5% (Aviso: HF é um material extremamente perigoso) para remover a camada de óxido nativo. Após 5 minutos seque o óxido de silício livre com nitrogênio Para produzir um substrato clorado, imediatamente mergulhe cada pedaço de óxido livre de silício em um frasco de cintilação contendo 2 ml de PCl 5 saturada em clorobenzeno. Esta solução deve ser filtrada para 0,2 mm. Montar um condensador frasco em cima de cada frasco e colocá-los em um conjunto heatblock a 112 ° C por uma hora. Após a reação está completa, deixe esfriar e enxaguar os frascos cada surface com clorobenzeno e seco sob nitrogênio filtrado. Para formar um substrato propenil-termina, o lugar de cada superfície de silício clorados em um frasco de pressão contendo 4 ml de cloreto de magnésio propenil. Coloque cada frasco de pressão em um heatblock a 130 ° C por 24 horas. Tome cada frasco de pressão fora do heatblock e deixe esfriar. Lave a superfície de cada rapidamente com DCM e etanol e seco sob nitrogênio filtrado. 1B. Formação primário em monocamada de germânio Cut wafer em substratos de germânio 1cm2, poeira e enxaguar com água filtrada e de etanol. Eliminar a contaminação orgânica, submergindo as superfícies em um prato de vidro contendo acetona por 20 minutos Coloque cada superfície em uma solução de HCl 10% por 15 minutos. Este processo, simultaneamente, remove a camada de óxido nativo e chlorinates a superfície. Após 5 minutos secar a substratos com nitrogênio. Para formar um substrato octil-encerrado, place cada clorados superfície germânio em um frasco de pressão contendo 4 ml de cloreto de magnésio octil (2 mM). Coloque cada frasco de pressão em um heatblock a 130 ° C por 48 horas. Tome cada frasco de pressão fora do heatblock e deixe esfriar à temperatura ambiente. Lave a superfície de cada rapidamente com DCM e etanol e seco sob nitrogênio filtrado. 2. NHS funcionalização do substrato sobre o silício eo germânio Prepare uma solução de 0,1 M filtrada NHS-diazirine em tetracloreto de carbono. Aviso: Mantenha a exposição à luz a um mínimo. Pipeta algumas gotas da solução sobre as superfícies de metila encerrado. Deixa-se espalhados por toda a superfície. Coloque as superfícies sob uma lâmpada UV (☐ = 254 nm, 4400/cm2 em 0,74 polegadas). Permitir que as superfícies a reagir sob luz UV por 30 minutos, em seguida, adicione mais NHS-diazirine para a superfície e deixe a reação prosseguir por mais 30 minutos. Lavar o NHS modificado surfaces com DCM e etanol e seco sob nitrogênio filtrado. 3. Funcionalização pequena molécula Reagir NHS-substratos modificados em 20 mM terc-butil carbamoil (Boc) etilenodiamina em solução de diclorometano (DCM) por duas horas em temperatura ambiente. Após a reação, lavar o substrato Boc-modificado com DCM e etanol. Desproteger o Boc substrato modificado usando 25% de ácido trifluoroacético (TFA) em DCM de uma hora em temperatura ambiente. Lave a superfície resultante com DCM, etanol e 10% (w / v) de bicarbonato de potássio em água e seco sob nitrogênio filtrado. Analisar todas as superfícies por XPS para determinar a composição elementar. 4. Poliuretano ácidas acrilato Stamp (PUA) Preparação Diluir acrilato A em 30% com trimetilolpropano B triacrylate etoxilato para reduzir a viscosidade. Adicionar fotoiniciadores C e D para a mistura de reação (Fig.ure 6). Adicionar sódio 2-mercaptoethanesulfonate (0,2 g, 1,22 mmol) a uma solução HCl 4N em dioxano (10 ml) e agitar à temperatura ambiente por 2 minutos. Filtro fora do cloreto de sódio primeiro através de um filtro de vidro fino e depois através de uma seringa de 0,2 μ m de membrana PTFE filtro para pagar uma solução clara de 2-mercaptoethanesulfonic ácido em dioxano. Dioxano evaporar sob pressão reduzida Reagir o ácido sulfônico resultante com 2 ml da mistura de acrilato de poliuretano-prepolymeric à temperatura ambiente e depois sob vácuo a 50 ° C. Certifique-se completamente livre a mistura de bolhas de ar aprisionadas. Esfriar a solução resultante à temperatura ambiente e polimerizar entre duas lâminas de vidro de microscópio, ou uma lâmina de vidro e um mestre pela exposição à luz UV por 2 horas em temperatura ambiente. Após a polimerização, cuidadosamente peel off o selo do mestre e lavar o selo com etanol e água e seque com nitroge filtradan. 5. Impressão catalítico e SEM / AFM Análise Coloque o selo de poliuretano-acrilato correspondente na parte superior do substrato NHS-modificada em temperatura ambiente por um minuto sem carga externa para mantê-los juntos. Após a reação, separar o selo e substrato. Lavar o substrato com o etanol, água e etanol, em seguida, seco com nitrogênio filtrado. Enxágüe o selo com o etanol, água e etanol, em seguida, seco com nitrogênio filtrado. Manter os selos em temperatura ambiente antes da aplicação seguinte. Analisar o padrão produzido usando o modo de contato microsopy força lateral atômica (AFM) e microscopia eletrônica de varredura (SEM) 6. Padronização de proteína e Microscopia fluorescente Substrato submergir o NHS-padrão bifuncional em Lisina-N, N-diacetic ácido (20 mM) e Et 3 N (100 mM) em DMF: H20 (1:1) em temperatura ambiente por 1 hora e depois lavados comágua e etanol. Incubar os substratos em uma solução de 50 mM NiSO4 por 5 min à temperatura ambiente. Enxaguar os substratos quelatado abundantemente com água e tampão de ligação (20 mM NAP, 250 mM NaCl, 10 mM imidazol, pH 7,5) e submergir em uma solução de GFP filtrado (~ M μ 40) para uma hora a 0 ° C. Lave imediatamente os substratos com tampão de ligação seguido de PBS (pH 7,4). Manter hidratado substratos em PBS a 0 ° C até que eles estavam prontos para a análise de microscopia de fluorescência. 7. Padronização de proteína e Microscopia fluorescente Substrato submergir o NHS-padrão bifuncional em Lisina-N, N-diacetic ácido (20 mM) e Et 3 N (100 mM) em DMF: H 2 0 (1:1) em temperatura ambiente por 1 hora e depois lavados com água e etanol. Incubar os substratos em um NISO 50 4 mM solução por 5 min à temperatura ambiente. Enxaguar os substratos quelatado excessivamente wom água e tampão de ligação (20 NAP mM, 250 mM NaCl, 10 mM imidazol, pH 7,5) e submergir em uma solução de GFP filtrado (~ 40 mM) para 1 hora a 0 ° C. Lave imediatamente os substratos com tampão de ligação seguido de PBS (pH 7,4). Manter hidratado substratos em PBS a 0 ° C até que eles estavam prontos para a análise de microscopia de fluorescência. 8. Resultados representativos: Um exemplo de soft-litográfica padronização nano catalisador é mostrado na Figura 7. A abordagem cria padrões quimioseletiva em óxido de silício e germânio livre, que pode ser ortogonalmente funcionalizados com diferentes produtos químicos e biológicos metades. A reação entre o substrato NHS-functioanlized eo carimbo padronizado catalisador leva à hidrólise de metades NHS em áreas de contato conformal, gerando um padrão regiões substrato bifuncional rolamento do NHS ativado e ácidos carboxílicos. Devido à diffusion natureza livre do nosso método, podemos obter uma resolução próxima da fotolitografia. Por exemplo, a Figura 7 mostra 125 nm características, que foram reproduzidos de maneira uniforme por toda a superfície de silício substrato. Notavelmente, o selo catalítico pode ser reutilizado várias vezes sem perder a eficiência. Funcionalização quimiosseletiva de semicondutores modelado com biomoléculas abre a perspectiva de integração de materiais tradicionais com eletrônica altamente seletivos substratos biológicos para aplicações em sensoriamento, diagnósticos e analíticos áreas de pesquisa. Um exemplo de funcionalização como é mostrado na Figura 8, onde NHS-padrão de silício foi seletivamente funcionalizados com moléculas de proteína. Explorando a reatividade diferencial de ativado e ácidos carboxílicos livres, nós primeiro selo nitrilotriacético ácido terminada (NTA) linkers heterobifunctional às regiões NHS-funcionalizada, e depois usou o resultadoNTA-padrão de superfície como um modelo para a fixação seletiva de hexa-histidina-tag GFP. Figura 8b mostra claramente a intensidade de fluorescência diferencial entre GFP-modificados e hidrolisados ​​regiões livres de ácido carboxílico. O tamanho ea forma das características replicados são consistentes entre os dois superfície modelada NHS (Figura 8a) e GFP-modificados superfície (Figura 8b), confirmando a estabilidade notável de carbono passivado superfícies ea seletividade da abordagem de estamparia. O protocolo não se limita a His-tag proteína, e pode ser usado para biomoléculas padrão, incluindo DNA e anticorpos. Figura 1. Esquema geral representando a impressão microcontact catalítico Figura 2. Estrutura de bi-camadas msistema olecular em Ge e Si. Monocamada de alquila primários formas estáveis ​​Ge-Si-C ou C laços com o substrato e fornece um sistema quimicamente inerte e fechar embalado que protege a superfície subjacente da degradação. (B) overlayer Secundária forma ligações CC estável, com camada protetora primária e fornece terminal funcional grupos Figura 3. Esquemas de reação que representa a formação de monocamadas principal protetor sobre Si (A) e Ge (B) Figura 4. Funcionalização química da monocamada primária de proteção com um doador carbeno heterobifunctional Figura 5. Reaction esquema demonstrando modificações pequena molécula de NHS-funcionalizados subsíveis e os espectros XPS correspondente Figura 6. Composição da pré-mistura polimérica catalítica, condições de polimerização, e as imagens SEM da sulfônico selo padronizado de ácido-modificados e à correspondente PMMA-Si mestre Figura 7. SEM e AFM imagens de fricção de SAMs estampados em Si e Ge com um selo de ácido Figura 8 Soft-litográfica padronização e funcionalização de silício passivado com moléculas orgânicas e biológicas a:.. Imagem SEM do NHS-padrão modificado substrato b:. Micrografia fluorescentes da GFP substrato modificado.