Мягкие Литографские Функционализация и структурирование оксида свободного кремния и германия

1А. Первичное формирование монослоя на кремнии Вырезать кремниевой пластины в 1 см 2 подложки, пыли и промыть водой и фильтруют этанола. Удаление органических загрязнений, погружая кремниевые подложки в стеклянную посуду содержащие Nano полосы при 75 º C. Через 15 минут, смойте каждой подложке с деионизированной, фильтруют воду. Место каждого субстрата в 5% раствор HF (Предупреждение: HF является чрезвычайно опасного материала), чтобы удалить родной слой оксида. Через 5 минут сухой оксида свободного кремния с азотом Для производства хлорированных подложки, немедленно погрузить каждого оксида свободного кусок кремния в сцинтилляционный флакон с 2 мл насыщенного PCl 5 в хлорбензола. Это решение должно быть отфильтрованы до 0,2 мкм. Соберите флакон конденсатора на вершине каждого флакона и поместить их в heatblock набор до 112 ° С в течение одного часа. После завершения реакции, не говоря флаконах прохладно и промойте каждый surfaсе с хлорбензола и сухой фильтруется под азотом. Для формирования пропенил-подложки завершается, место каждого хлорированной поверхности кремния в давлении флакон, содержащий 4 мл пропенил хлорида магния. Место каждого флакона давление в heatblock при 130 ° С в течение 24 часов. Каждую давление флакон из heatblock и дайте остыть. Промыть каждую поверхность быстро с DCM и этанола и сухой фильтруется под азотом. 1В. Первичное формирование монослоя на германий Вырезать германия пластин в 1cm2 субстратов, пыли и промыть водой и фильтруют этанола. Удаление органических загрязнений путем погружения поверхностей в стеклянную посуду содержащие ацетон в течение 20 минут Место каждой поверхности в 10% HCl раствор на 15 минут. Этот процесс одновременно удаляет родной слой оксида и chlorinates поверхности. Через 5 минут сухой подложках с азотом. Для формирования октил-завершенная подложки, пласе каждого хлорированной поверхности германия в давлении флакон, содержащий 4 мл октил хлористого магния (2 мМ). Место каждого флакона давление в heatblock при 130 ° С в течение 48 часов. Каждую давление флакон из heatblock и дайте остыть до комнатной температуры. Промыть каждую поверхность быстро с DCM и этанола и сухой фильтруется под азотом. 2. NHS Субстрат Функционализация по кремния и германия Подготовка фильтруется 0,1 М NHS-diazirine решение в четыреххлористого углерода. Предупреждение: Держать освещенности до минимума. Внесите несколько капель раствора на метил прекращено поверхностей. Разрешить решение распространяться по всей поверхности. Место поверхностей под УФ лампой (☐ = 254 нм, 4400/cm2 на 0,74 дюйма). Разрешить поверхности реагировать под УФ-светом в течение 30 минут, затем добавить больше NHS-diazirine на поверхность и пусть реакции продолжить еще в течение 30 минут. Промыть NHS изменение сurfaces с DCM и этанола и сухой фильтруется под азотом. 3. Малые молекулы Функционализация Реагировать NHS модифицированных субстратов в 20 ммоль трет-бутил карбамоил (Boc-) этилендиамин решение в дихлорметан (DCM) в течение двух часов при комнатной температуре. После реакции, промойте Бок модифицированные подложки с DCM и этанола. Deprotect подложки Бок изменить с помощью 25% трифторуксусной кислоты (ТФК) в DCM в течение одного часа при комнатной температуре. Промыть полученной поверхности с DCM, этанола и 10% (вес / объем) бикарбоната калия в воде и под сухой фильтруется азота. Анализ всех поверхностей XPS для определения элементного состава. 4. Кислотные Полиуретановые Акрилат Stamp (PUA) подготовка Развести акрилат на 30% с триметилолпропана этоксилат B triacrylate для снижения вязкости. Добавить фотоинициаторы С и D к реакционной смеси (рис.Юр 6). Добавить натрия 2-mercaptoethanesulfonate (0,2 г, 1,22 ммоль) в 4N раствор HCl в диоксане (10 мл) и перемешивали при комнатной температуре в течение 2 минут. Фильтр от хлорида натрия сначала через фильтр тонкой очистки стекла, а затем через 0,2 μ м ПТФЭ мембраны шприц фильтр, чтобы позволить себе прозрачный раствор из 2-mercaptoethanesulfonic кислоты в диоксане. Evaporate диоксана при пониженном давлении Реагировать в результате сульфокислоты с 2 мл полиуретан-акриловой prepolymeric смеси при комнатной температуре, а затем в вакууме при температуре 50 ° C. Убедитесь, что вы полностью свободны от смеси осталось воздуха. Охладите полученный раствор до комнатной температуры и полимеризуются между двумя стеклянными предметные стекла или предметное стекло и мастер под воздействием ультрафиолетового излучения в течение 2 часов при комнатной температуре. После полимеризации, тщательно очистить марку от мастера и вымыть штамп с этанолом и водой и насухо фильтруется nitrogen. 5. Каталитический Печать и SEM / АСМ анализ Место соответствующее полиуретан-акриловой штамп на вершину NHS-модифицированный подложке при комнатной температуре в течение одной минуты, без внешней нагрузки, чтобы держать их вместе. После реакции отдельной печатью и субстратом. Промыть подложка с этанолом, водой и этанолом затем насухо фильтруется азота. Промыть штамп с этанолом, водой и этанолом затем высушить с фильтром азота. Держите марки при комнатной температуре до следующего применения. Анализ производится узора с помощью контактного режима боковой атомного microsopy силы (АСМ) и сканирующей электронной микроскопии (SEM) 6. Структурирование Белок и флуоресцентная микроскопия Погрузитесь NHS узором бифункциональных субстрата в лизин-N, N-diacetic кислоты (20 мм) и Et 3 N (100 мм) в ДМФА: H20 (1:1) при комнатной температуре в течение 1 ч и затем промытьводы и этанола. Инкубируйте субстратов в 50 мМ NiSO4 решение в течение 5 мин при комнатной температуре. Промыть хелатной субстратов чрезмерно водой и связывающем буфере (20 мМ NaP, 250 мМ NaCl, 10 мМ имидазола, рН 7,5) и погрузите в раствор фильтруется GFP (μ ~ 40 М) в течение 1 часа при температуре 0 ° С. Немедленно промыть подложках с обязательным последующим буфера PBS (рН 7,4). Держите субстратов гидратированных в PBS при 0 ° С, пока они не были готовы к флуоресцентного анализа микроскопии. 7. Структурирование Белок и флуоресцентная микроскопия Погрузитесь NHS узором бифункциональных субстрата в лизин-N, N-diacetic кислоты (20 мм) и Et 3 N (100 мм) в ДМФА: H 2 0 (1:1) при комнатной температуре в течение 1 часа, а затем промыть водой и этанола. Инкубируйте субстратов в 50 мМ NiSO 4 решение в течение 5 мин при комнатной температуре. Промыть хелатной субстратов чрезмерно шго воды и буфера для связывания (20 мМ NaP, 250 мМ NaCl, 10 мМ имидазола, рН 7,5) и погрузите в раствор фильтруется GFP (~ 40 мкм) в течение 1 часа при температуре 0 ° С. Немедленно промыть подложках с обязательным последующим буфера PBS (рН 7,4). Держите субстратов гидратированных в PBS при 0 ° С, пока они не были готовы к флуоресцентного анализа микроскопии. 8. Представитель Результаты: Примером мягкой литографических каталитического структурирование нано показано на рисунке 7. Подход создает chemoselective узоры на оксид без кремния и германия, который может быть ортогонально функционализированных разнородных химических и биологических остатков. Реакция между NHS-functioanlized субстрата и каталитическая узорный штамп приводит к гидролизу фрагменты NHS в районах конформного контакта, уступая узорной бифункциональных подложки подшипник регионов NHS активируется и свободных карбоновых кислот. Из-за diffusионных свободной природы нашего метода, мы достигаем разрешение близко к фотолитографии. Например, на рисунке 7 показана 125 нм особенности, которые были равномерно воспроизводить по всей поверхности кремниевой подложки. Примечательно, что каталитический штамп может быть повторно использован несколько раз без потери эффективности. Chemoselective функционализации узорной полупроводников с биомолекул открывает перспективу интеграции традиционных электронных материалов с высокой избирательностью биологических субстратах для применения в зондирования, диагностических и аналитических областях исследований. Примером такой функционализации показано на рисунке 8, где NHS узором кремния выборочно функционализированных белковых молекул. Воспользовавшись дифференциальной реакционной способности активировать и свободных карбоновых кислот, мы сначала наносится нитрилотриуксусная кислоты прекращается (НТА) гетеробифункциональных линкеров к NHS-функционализированных регионах, а затем использовать полученныйНТА-узорчатой ​​поверхности в качестве шаблона для селективного крепления гекса-гистидина с меткой GFP. Рисунке 8б ясно показывает, дифференциальная интенсивность флуоресценции GFP между модифицированными и гидролизуется свободной карбоновой кислоты регионах. Размер и форма реплицировать функции согласуются между обеими поверхности NHS узорной (рис. 8а) и GFP-модифицированной поверхности (рис. 8, б), что подтверждает замечательную стабильность углерод-пассивируется поверхности и селективность штамповки подход. Протокол не ограничивается его с метками белка, и может быть использована для картины других биомолекул, включая ДНК и антител. Рисунок 1. Общая схема представляющих каталитического печати микроконтактной Рисунок 2. Структура би-слоистых мolecular системы на Ge и Si. Первичная монослоя алкил образует устойчивые Ge-C или Si-C связей с подложкой и обеспечивает химически инертны и плотной упаковкой система, которая защищает подстилающей поверхности от деградации. (Б) Вторичный overlayer формы устойчивые связи CC с первичным защитным слоем и обеспечивает функциональный терминал групп Рисунок 3. Реакция схемы представляющая формирование первичных защитных монослоев на Si () и Ge (В) Рисунок 4. Химическая функционализации первичных защитных монослоя с гетеробифункциональных доноров карбенового Рисунок 5. Реакция схема демонстрирует незначительные изменения молекулы NHS-функционализированных субложках и соответствующие спектры XPS Рисунок 6. Состав каталитического предварительно полимерные смеси, условий полимеризации, и СЭМ изображения узорной сульфокислоты модифицированных печать и соответствующие ПММА-Si мастера Рисунок 7. РЭМ и АСМ-изображения трения узорчатого ЗРК на Si и Ge с кислой печать Рисунок 8 Soft-литографических структурирование и функционализации пассивируется кремния с органическими и биологическими молекулами:.. SEM образ узорной NHS-модифицированный субстрат б. Флуоресцентная микрофотография подложки GFP изменен.