Soft-Lithographie Funktionalisierung und Strukturierung Oxydfreie Silizium und Germanium

1A. Primäre Monoschichtbildung on Silicon Cut Silizium-Wafer in 1 cm 2 Substraten, Staub und mit Wasser abspülen und gefiltert Ethanol. Entfernen organischer Verunreinigungen durch das Eintauchen des Silizium-Substrate in einer Glasschale mit Nano Streifen bei 75 º C. Nach 15 Minuten spülen jedes Substrat mit entionisiertem, gefiltertem Wasser. Legen Sie jedes Substrat in einer 5% igen HF-Lösung (Achtung: HF ist ein extrem gefährliches Material) auf die native Oxidschicht zu entfernen. Nach 5 Minuten trocknen oxidfreie Silizium mit Stickstoff Um ein chloriertes Substrat zu erzeugen, sofort tauchen jedes oxidfreie Silizium Stück in einem Szintillationszähler Fläschchen mit 2 ml gesättigter PCl 5 in Chlorbenzol. Diese Lösung sollte bis 0,2 um gefiltert werden. Montieren Sie ein Fläschchen Kondensator auf jeder Flasche und legen Sie sie in einem heatblock gesetzt bis 112 ° C für eine Stunde. Nach beendeter Reaktion lassen Fläschchen kühl und spülen jedes Oberfläce mit Chlorbenzol und trocken unter gefiltertem Stickstoff. Zur Bildung einer Propenyl-endet Substrat, statt jedes chlorierte Silizium-Oberfläche in einem Druck Fläschchen mit 4 ml propenyl Magnesiumchlorid. Platzieren Sie jede Druck Fläschchen in einem heatblock bei 130 ° C für 24 Stunden. Nehmen Sie jede Druck Durchstechflasche aus dem heatblock und abkühlen lassen. Spülen Sie jede Oberfläche schnell mit DCM und Ethanol und trocken unter gefiltertem Stickstoff. 1B. Primäre Monoschichtbildung auf Germanium Cut-Germanium-Wafer in 1cm2 Substrate, Staub und mit Wasser abspülen und gefiltert Ethanol. Entfernen organischer Verunreinigungen durch Eintauchen der Oberfläche in einer Glasschale mit Aceton für 20 Minuten Platzieren Sie jede Oberfläche in eine 10% ige HCl-Lösung für 15 Minuten. Dieser Prozess entfernt gleichzeitig die native Oxidschicht und chloriert der Oberfläche. Nach 5 Minuten trocknen die Substrate mit Stickstoff. Um eine Octyl-terminierte Substrat, pla Formce jeder Germanium Oberfläche in einem Druck Fläschchen mit 4 ml Octyl Magnesiumchlorid (2 mM) chloriert. Platzieren Sie jede Druck Fläschchen in einem heatblock bei 130 ° C für 48 Stunden. Nehmen Sie jede Druck Durchstechflasche aus dem heatblock und lassen auf Raumtemperatur abkühlen. Spülen Sie jede Oberfläche schnell mit DCM und Ethanol und trocken unter gefiltertem Stickstoff. 2. NHS Substrat Funktionalisierung auf Silizium und Germanium Bereiten Sie eine gefilterte 0,1 M NHS-Diazirin Lösung in Tetrachlorkohlenstoff. Warnung: Halten Sie Belichtung auf ein Minimum. Pipet ein paar Tropfen der Lösung auf die Methyl-terminierten Oberflächen. Anschließend Lösung über die gesamte Fläche verteilt. Legen Sie die Oberflächen unter einer UV-Lampe (☐ = 254 nm, 4400/cm2 bei 0,74 Zoll). Lassen Sie die Flächen unter UV-Licht für 30 Minuten reagieren, dann fügen Sie mehr NHS-Diazirin an die Oberfläche und lassen Sie die Reaktion für weitere 30 Minuten gehen. Spülen Sie das NHS modifiziert surfaces mit DCM und Ethanol und trocken unter gefiltertem Stickstoff. 3. Small Molecule Funktionalisierung React NHS-modifizierten Substraten in einem 20 mM tert-Butyl-Carbamoyl (Boc-) Ethylendiamin-Lösung in Dichlormethan (DCM) für zwei Stunden bei Raumtemperatur. Nach der Reaktion, spülen Sie die Boc-modifizierte Substrat mit DCM und Ethanol. DEPROTECT der Boc veränderte Substrat mit 25% Trifluoressigsäure (TFA) in DCM für 1 Stunde bei Raumtemperatur. Spülen Sie die resultierende Oberfläche mit DCM, Ethanol und 10% (w / v) Kaliumhydrogencarbonat in Wasser und trocknen Sie unter gefiltertem Stickstoff. Analysieren Sie alle Oberflächen mit XPS auf die elementare Zusammensetzung zu bestimmen. 4. Saure Polyurethanacrylat Stamp (PUA) Vorbereitung Verdünnen Acrylat-A um 30% mit Trimethylolpropan Ethoxylat Triacrylat B zur Verringerung der Viskosität. Add Photoinitiatoren C und D der Reaktionsmischung (Abb.Abbildung 6). Add Natrium-2-mercaptoethanesulfonate (0,2 g, 1,22 mmol) zu einer 4N HCl-Lösung in Dioxan (10 ml) zugegeben und bei Raumtemperatur für 2 Minuten. Filter aus dem Natriumchlorid zuerst durch ein feines Glas-Filter und dann durch einen 0,2 μ m PTFE-Membran Spritzenfilter, um eine klare Lösung von 2-Mercaptoethansulfonsäure in Dioxan leisten. Man dampft Dioxan unter vermindertem Druck React die daraus resultierenden sulfonsäure mit 2 ml des Polyurethan-Acrylat-präpolymeren Mischung bei Raumtemperatur und anschließend unter Vakuum bei 50 ° C. Achten Sie darauf, völlig frei das Gemisch aus Luftblasen. Kühlen Sie die resultierende Lösung auf Raumtemperatur erwärmt und polymerisieren zwischen zwei Objektträger aus Glas oder einem Glasträger und ein Meister durch Bestrahlung mit UV-Licht für 2 Stunden bei Raumtemperatur. Nach der Polymerisation, sorgfältig schälen Stempel aus dem Master und waschen Sie den Stempel mit Ethanol und Wasser und trocknen Sie mit gefilterter nitrogen. 5. Katalytische Druck-und SEM / AFM-Analyse Legen Sie die entsprechenden Polyurethan-Acrylat-Stempel auf der Oberseite des NHS-modifizierte Substrat bei Raumtemperatur für 1 Minute ohne externe Last, um sie zusammenzuhalten. Nach der Reaktion trennen die Stempel und Substrat. Spülen Sie das Substrat mit Ethanol, Wasser und Ethanol dann trocken mit gefiltertem Stickstoff. Spülen Sie den Stempel mit Ethanol, Wasser und Ethanol dann trocken mit gefiltertem Stickstoff. Halten Briefmarken bei Raumtemperatur vor der nächsten Anwendung. Analysieren Sie die erzeugte Muster mit Kontakt-Modus seitlichen atomic force microsopy (AFM) und Rasterelektronenmikroskopie (SEM) 6. Protein Strukturierung und Fluoreszenz-Mikroskopie Tauchen Sie die NHS-gemusterten bifunktionellen Substrat in Lysin-N, N-diessigsäure (20 mM) und Et 3 N (100 mM) in DMF: H20 (1:1) bei Raumtemperatur für 1 Stunde und danach mitWasser und Ethanol. Inkubieren Sie die Substrate in einem 50 mM NiSO4 Lösung für 5 min bei Raumtemperatur. Spülen Sie die Chelat-Substrate übermäßig mit Wasser und Bindungspuffer (20 mM NaP, 250 mM NaCl, 10 mM Imidazol, pH 7,5) und tauchen Sie in eine gefilterte GFP-Lösung (~ 40 μ M) für 1 Stunde bei 0 ° C. Sofort gründlich die Substrate mit Bindungspuffer durch PBS (pH 7,4) folgten. Keep Substrate hydriert in PBS bei 0 ° C, bis sie bereit für die Fluoreszenzmikroskopie Analyse wurden. 7. Protein Strukturierung und Fluoreszenz-Mikroskopie Tauchen Sie die NHS-gemusterten bifunktionellen Substrat in Lysin-N, N-diessigsäure (20 mM) und Et 3 N (100 mM) in DMF: H 2 0 (1:1) bei Raumtemperatur für 1 Stunde und anschließend mit Wasser gespült und Ethanol. Inkubieren Sie die Substrate in einem 50 mM NiSO 4-Lösung für 5 min bei Raumtemperatur. Spülen Sie die Chelat-Substrate übermäßig wit Wasser und Bindungspuffer (20 mM NaP, 250 mM NaCl, 10 mM Imidazol, pH 7,5) und tauchen Sie in eine gefilterte GFP-Lösung (~ 40 pM) für 1 Stunde bei 0 ° C. Sofort gründlich die Substrate mit Bindungspuffer durch PBS (pH 7,4) folgten. Keep Substrate hydriert in PBS bei 0 ° C, bis sie bereit für die Fluoreszenzmikroskopie Analyse wurden. 8. Repräsentative Ergebnisse: Ein Beispiel für Soft-Lithographie katalytische Nanostrukturierung ist in Abbildung 7 gezeigt. Der Ansatz schafft chemoselektive Muster auf oxidfreie Silizium und Germanium, die orthogonal mit ungleichen chemischen und biologischen Einheiten funktionalisiert werden können. Die Reaktion zwischen dem NHS-functioanlized Substrat und die katalytische gemusterten Stempel führt zur Hydrolyse von NHS-Reste in den Bereichen konformen Kontakt, was zu einem gemusterten bifunktionellen Substrat tragenden Regionen NHS aktiviert und freie Carbonsäuren. Aufgrund der diffusion der freien Natur unserer Methode erreichen wir Auflösung nahe, dass der Photolithographie. Zum Beispiel zeigt Abbildung 7 125 nm Features, die gleichmäßig über die gesamte Siliziumsubstratoberfläche reproduziert wurden. Bemerkenswert ist, kann die katalytische Stempel mehrfach ohne Effizienz wiederverwendet werden. Chemoselektive Funktionalisierung von gemusterten Halbleitern mit Biomolekülen eröffnet sich die Möglichkeit der Integration von traditionellen elektronischen Materialien mit hochselektiver biologischen Substraten für Anwendungen in der Sensorik, Diagnostik und analytischen Bereichen der Forschung. Ein Beispiel einer solchen Funktionalisierung ist in Abbildung 8, wo NHS-gemusterten Silizium selektiv mit Eiweißmolekülen funktionalisiert wurde gezeigt. Durch die Ausnutzung der Differential Reaktivitäten aktiviert und freie Carbonsäuren wir zunächst angebracht Nitrilotriessigsäure-terminierte (NTA) heterobifunktionelle Linker an die NHS-funktionalisierte Regionen und dann die daraus resultierendenNTA-strukturierte Oberfläche als Vorlage für die selektive Bindung von Hexa-Histidin-markierten GFP. Abbildung 8b zeigt deutlich, Differential Fluoreszenzintensität zwischen GFP-modifizierte und hydrolysierte freie Carbonsäure Regionen. Die Größe und Form der replizierten Funktionen sind konsistent zwischen den beiden NHS gemusterte Oberfläche (Abbildung 8a) und GFP-modifizierte Oberfläche (Abbildung 8b), bestätigt die bemerkenswerte Stabilität der Kohlenstoff-passivierte Oberflächen und die Selektivität der Stanz-Ansatz. Das Protokoll ist nicht auf His-getaggten Proteinen begrenzt und kann auf Muster anderen Biomolekülen wie DNA und Antikörpern verwendet werden. Abbildung 1. Allgemeine Regelung darstellt katalytische Mikrokontaktdrucken Abbildung 2. Aufbau des zweischichtigen molecular System auf Ge und Si. Primäre Alkyl Monoschicht bildet stabile Ge-C-oder Si-C-Bindungen mit dem Substrat und stellt eine chemisch inert und dicht gepackte System, das den Untergrund vor dem Abbau schützt. (B) Sekundäre Deckschicht stabil CC-Bindungen bildet mit primären Schutzschicht und bietet terminalen funktionellen Gruppen Abbildung 3. Reaktionsschemata vertreten Bildung von primären Schutzfunktion Monoschichten auf Si (A) und Ge (B) Abbildung 4. Chemische Funktionalisierung der primären schützenden Monoschicht mit einer hetero-Carben Spender Abbildung 5. Reaktionsschema zeigt kleines Molekül Modifikationen NHS-funktionalisierten subSubstrate und die entsprechenden XPS-Spektren Abbildung 6. Zusammensetzung der katalytischen Pre-polymeren Mischung, Polymerisationsbedingungen und REM-Aufnahmen des strukturierten Sulfonsäure-modifizierte Stempel und die entsprechende PMMA-Si-Master Abbildung 7. SEM und AFM Reibung Bilder von strukturierten SAMs auf Si-und Ge mit einem sauren Stempel Abbildung 8 Soft-lithographische Strukturierung und Funktionalisierung von passivierten Silizium mit organischen und biologischen Molekülen a:.. REM-Aufnahme der gemusterten NHS modifiziertes Substrat b:. Fluorescent Aufnahme von GFP veränderte Substrat.