Funcionalización suaves litográfica y Patrones libre de óxido de silicio y el germanio

1A. Formación de una sola capa primaria en el silicio Corte de obleas de silicio en sustratos de 1 cm 2, el polvo y enjuague con agua filtrada y el etanol. Eliminar la contaminación orgánica, sumergiendo los sustratos de silicio en un recipiente de vidrio que contienen nano tira a 75 º C. Después de 15 minutos, enjuague cada sustrato con agua desionizada y filtrada. Lugar de cada sustrato en una solución al 5% de HF (Advertencia: HF es un material extremadamente peligroso) para eliminar la capa de óxido nativo. Después de 5 minutos en seco el óxido de silicio libre de nitrógeno Para producir un sustrato de cloro, de inmediato sumergir cada pieza libre de óxido de silicio en un vial de centelleo que contiene 2 ml de grasa saturada PCl 5 en clorobenceno. Esta solución debe ser filtrado a 0,2 micras. Montar un condensador vial en la parte superior de cada frasco y colocarlos en una heatblock conjunto a 112 ° C durante una hora. Después de la reacción es completa, vamos a viales enfriar y enjuagar cada surface con clorobenceno y seco bajo nitrógeno filtrado. Para formar un sustrato propenilo termina, el lugar de cada superficie de silicio tratada con cloro en un vial de presión que contiene 4 ml de cloruro de magnesio propenilo. Coloque el vial de presión en un heatblock a 130 ° C durante 24 horas. Tome cada vial de presión de la heatblock y dejar enfriar. Enjuague cada superficie rápidamente con DCM y el etanol y seco bajo nitrógeno filtrado. 1B. Formación de una sola capa primaria de germanio Corte de obleas de germanio en sustratos de 1cm2, el polvo y enjuague con agua filtrada y el etanol. Eliminar la contaminación orgánica, sumergiendo la superficie en un recipiente de vidrio que contienen acetona durante 20 minutos Coloque cada superficie en un 10% de solución de HCl durante 15 minutos. Este proceso al mismo tiempo elimina la capa de óxido nativo y clorados en la superficie. Después de 5 minutos en seco los sustratos con nitrógeno. Para formar un sustrato octil-terminado, place cada clorados superficie de germanio en un vial de presión que contiene 4 ml de cloruro de magnesio octilo (2 mM). Coloque el vial de presión en un heatblock a 130 ° C durante 48 horas. Tome cada vial de presión de la heatblock y deje enfriar a temperatura ambiente. Enjuague cada superficie rápidamente con DCM y el etanol y seco bajo nitrógeno filtrado. 2. NHS funcionalización del sustrato en el silicio y el germanio Preparar un filtrado 0,1 M NHS-diazirine solución de tetracloruro de carbono. Advertencia: Mantenga la exposición a luz a un mínimo. Pipeta unas gotas de la solución sobre la superficie de metilo terminado. Permita que la solución a extenderse por toda la superficie. Coloque las superficies bajo una lámpara UV (☐ = 254 nm, 4400/cm2 a 0,74 pulgadas). Deje que las superficies de reaccionar a la luz ultravioleta durante 30 minutos, luego agregar más NHS-diazirine a la superficie y dejar que la reacción continúe durante otros 30 minutos. Enjuague el NHS modificado surfaces con DCM y el etanol y seco bajo nitrógeno filtrado. 3. Funcionalización de moléculas pequeñas Reaccionar NHS modificado sustratos en 20 mM de terc-butilo carbamoil (Boc) etilendiamina solución en diclorometano (DCM) durante dos horas a temperatura ambiente. Después de la reacción, lavar el sustrato Boc-modificado con DCM y el etanol. Desproteger el sustrato Boc modificado con un 25% de ácido trifluoroacético (TFA) en DCM durante una hora a temperatura ambiente. Enjuague la superficie resultante con DCM, el etanol y 10% (w / v) de bicarbonato de potasio en agua y seco bajo nitrógeno filtrado. Analizar todas las superficies por XPS para determinar la composición elemental. 4. Ácidos de poliuretano acrilato Stamp (PUA) Preparación Diluir acrilato A un 30% con B triacrilato de trimetilolpropano etoxilado para reducir la viscosidad. Añadir fotoiniciadores C y D a la mezcla de reacción (Fig.Ure 6). Añadir sodio 2-mercaptoethanesulfonate (0,2 g, 1,22 mmol) a una solución 4N HCl en dioxano (10 ml) y se agita a temperatura ambiente durante 2 minutos. Filtrar el cloruro de sodio por un filtro de cristal y luego a través de una membrana de 0,2 μ m jeringa filtro PTFE para proporcionar una solución clara de 2-ácido mercaptoethanesulfonic en dioxano. Se evaporan bajo presión reducida dioxano Reaccionar el ácido sulfónico resultante con 2 ml de la mezcla de poliuretano-acrilato prepolymeric a temperatura ambiente y luego al vacío a 50 º C. Asegúrate de liberar por completo la mezcla de burbujas de aire atrapadas. Enfriar la solución resultante a temperatura ambiente y se polimerizan entre dos portaobjetos de vidrio o una lámina de vidrio y un maestro por la exposición a los rayos UV durante 2 horas a temperatura ambiente. Después de la polimerización, pelar cuidadosamente el sello de la maestra y lavar el sello con etanol y agua y seque con nitroge filtradan. 5. Impresión de catalizador y análisis SEM / AFM Lugar correspondiente de poliuretano-acrilato sello en la parte superior del sustrato NHS-modificado a temperatura ambiente durante un minuto sin carga externa para mantenerlos juntos. Después de la reacción, por separado el sello y el sustrato. Enjuague la superficie con etanol, agua, etanol y luego seca con nitrógeno filtrado. Enjuague el sello con el etanol, agua, etanol y luego seca con nitrógeno filtrado. Mantenga sellos a temperatura ambiente antes de la próxima aplicación. Analizar el patrón de producción con el modo de contacto lateral microsopy de fuerza atómica (AFM) y microscopía electrónica de barrido (SEM) 6. Patrones de proteínas y microscopía de fluorescencia Sumerja el sustrato NHS-patrón bifuncional en lisina-N, N-diacético (20 mM) y Et3N (100 mM) en DMF: H20 (1:1) a temperatura ambiente durante 1 hora y luego enjuaga conagua y etanol. Incubar los sustratos en 50 mM NiSO4 solución durante 5 minutos a temperatura ambiente. Enjuague los sustratos quelados con agua abundante y tampón de unión (20 NaP mM, 250 mM NaCl, 10 mM imidazol, pH 7,5) y se sumergen en una solución de filtrado GFP (~ 40 μ M) durante 1 hora a 0 ° C. Lavar inmediatamente los sustratos con tampón de unión seguida de PBS (pH 7,4). Mantener hidratado sustratos en PBS a 0 º C hasta que estuvieran listos para el análisis de microscopía de fluorescencia. 7. Patrones de proteínas y microscopía de fluorescencia Sumerja el sustrato NHS-patrón bifuncional en lisina-N, N-diacético (20 mM) y Et3N (100 mM) en DMF: H 2 0 (1:1) a temperatura ambiente durante 1 hora y luego enjuaga con agua y el etanol. Incubar los sustratos en 50 mM NiSO4 solución durante 5 minutos a temperatura ambiente. Enjuague los sustratos quelados excesivamente wagua ITH y tampón de unión (20 NaP mM, 250 mM NaCl, 10 mM imidazol, pH 7,5) y se sumergen en una solución de filtrado GFP (~ 40 M) durante 1 hora a 0 ° C. Lavar inmediatamente los sustratos con tampón de unión seguida de PBS (pH 7,4). Mantener hidratado sustratos en PBS a 0 º C hasta que estuvieran listos para el análisis de microscopía de fluorescencia. 8. Los resultados representativos: Un ejemplo de soft-litográfica patrón nano catalizador se muestra en la Figura 7. El enfoque crea patrones en quimioselectiva libre de óxido de silicio y germanio, que puede ser ortogonalmente funcionalizados con diferentes productos químicos y restos biológicos. La reacción entre el sustrato NHS-functioanlized y el sello estampado catalizador conduce a la hidrólisis de los restos del SNS en las áreas de contacto de conformación, produciendo un patrón regiones bifuncional teniendo sustrato de NHS activa y libre de ácidos carboxílicos. Debido a la diffusla naturaleza de iones libres de nuestro método, conseguir una resolución similar a la de la fotolitografía. Por ejemplo, la figura 7 muestra las características 125 nm, que se reproducen de manera uniforme en la superficie de silicio sustrato. Sorprendentemente, el sello de catalizador puede ser reutilizado varias veces sin perder eficiencia. Funcionalización quimioselectiva de semiconductores con dibujos de biomoléculas abre la perspectiva de la integración de los materiales tradicionales de electrónica con sustratos biológicos altamente selectiva para aplicaciones en sensores, diagnósticos, y las áreas de análisis de la investigación. Un ejemplo de funcionalización como se muestra en la Figura 8, donde el NHS patrón de silicio se funcionalizados selectivamente con las moléculas de proteínas. Mediante la explotación de la reactividad diferencial de los ácidos carboxílicos activados y libre, en primer lugar fijado nitrilotriacético terminado ácido (NTA) enlazadores heterobifuncionales a las regiones NHS-funcionalizados, y luego se usa el resultadoNTA-con dibujos de superficie como una plantilla para la fijación selectiva de 8b hexa-histidina de etiquetado GFP. Figura muestra claramente la intensidad de fluorescencia diferencial entre GFP-modificado y se hidroliza regiones libres de ácido carboxílico. El tamaño y la forma de replicar las características son consistentes entre ambos NHS superficie modelada (Figura 8) y GFP-modificado la superficie (Figura 8b), lo que confirma la notable estabilidad de pasivado de carbono-las superficies y la selectividad del método de estampado. El protocolo no se limita a Su-etiquetados proteínas, y puede ser utilizado para otros biomoléculas como el ADN patrón y los anticuerpos. Figura 1. Esquema general que representa la impresión microcontacto catalítico Figura 2. Estructura de la bi-capa msistema olecular en Ge y el Si. Primaria monocapa alquilo formas estables Ge-C o C-Si los bonos con el sustrato y ofrece un sistema químicamente inerte y lleno de cierre que protege la superficie subyacente de la degradación. (B) sobrecapa secundaria forma enlaces estables CC con capa de protección primaria y proporciona terminales funcionales grupos Figura 3. Esquemas de reacción que representa la formación de monocapas de primaria de protección sobre el Si (A) y Ge (B) Figura 4. Funcionalización química de la monocapa de protección primaria con un donante carbeno heterobifuncionales Esquema de la figura 5. Reacción demuestra modificaciones de moléculas pequeñas de NHS-funcionalizados subsustratos y los correspondientes espectros de XPS Figura 6. Composición del catalizador pre-mezcla polimérica, condiciones de polimerización, y las imágenes de SEM de los patrones de ácido sulfónico modificada sello y el maestro correspondiente de PMMA-Si Figura 7. SEM y AFM imágenes de fricción de SAMs patrón de Si y Ge, con un sello de ácido Figura 8 Soft-litográfica patrones y funcionalización de silicio pasivado con moléculas orgánicas y biológicas a:.. La imagen SEM de la NHS patrón modificado con sustrato b:. Micrografía fluorescente GFP de sustrato modificado.