Fabrication de Surfaces réactives avec brosse-comme et Films réticulés de copolymères bloc Azlactone fonctionnalisés
Summary
Méthodes de fabrication de surface pour dépôt à motifs de nanomètre épais brosses ou micron épais, films de réticulé d’un copolymère bloc azlactone sont signalées. On discute des étapes expérimentales critiques, résultats représentatifs et limites de chaque méthode. Ces méthodes sont utiles pour créer des interfaces fonctionnelles avec les caractéristiques matérielles adaptées et réactivité de surface accordable.
Abstract
Dans cet article, les méthodes de fabrication qui génèrent de nouvelles surfaces à l’aide du copolymère bloc basé sur azlactone, poly (méthacrylate de glycidyle) –bloc– poly (vinyl-azlactone de diméthyle) (PGMA –b– PVDMA), sont présentés. En raison de la forte réactivité d’azlactone groupes amine, thiol et groupements hydroxyles, PGMA – surfaces de PVDMA –bpeuvent être modifiés avec des molécules secondaires pour créer des interfaces fonctionnalisés chimiquement ou biologiquement pour une variété d’applications. Précédents rapports des motifs PGMA –bPVDMA – interfaces ont utilisé des techniques de structuration de haut en bas traditionnel qui génèrent des films non uniforme et chimies de fond mal maîtrisée. Nous décrivons ici les techniques de structuration personnalisées qui permettent le dépôt précis de très homogènebPGMA -, PVDMA – films dans les milieux qui sont chimiquement inertes ou qui ont des propriétés biomolécule. Ce qui est important, ces méthodes sont conçues pour dépôt PGMA –bPVDMA – films d’une façon qui préserve totalement azlactone fonctionnalités par le biais de chaque étape du traitement. Films à motifs montrent des épaisseurs bien contrôlées qui correspondent aux brosses de polymère (~ 90 nm) ou à des structures hautement réticulé (~ 1-10 μm). Modèles de brosse sont générées en utilisant soit le Parylène Lift-off ou interface modes d’assemblage décrits et sont utiles pour une modulation précise de réactivité de surface dans l’ensemble chimique en ajustant soit le PGMA –bPVDMA – plan de la densité ou la longueur du bloc VDMA. En revanche, l’épaisseur, réticulé PGMA –b– PVDMA modèles sont obtenus en utilisant une technique d’impression micro-contact personnalisée et offrent l’avantage d’une charge plus élevée ou la capture de matières secondaires en raison de la surface supérieure aux ratios de volume. La procédure expérimentale détaillée, caractérisations de critique de film et des guides de dépannage pour chaque procédé de fabrication sont discutés.
Introduction
Développer des techniques de fabrication qui permettent un contrôle souple et précis de la fonctionnalité de surface chimique et biologique est souhaitable pour une variété d’applications, de la capture des contaminants de l’environnement de développement de prochaine génération biocapteurs, les implants et dispositifs1,2en génie tissulaire. Polymères fonctionnels sont excellents matériaux pour le réglage des propriétés de surface par le biais de « greffe de » ou « greffage de » techniques3. Ces approches permettent pour le contrôle de la réactivité de surface basée sur les fonctionnalités chimiques du monomère et le poids moléculaire du polymère4,5,6. Polymères à base de azlactone ont été intensément étudiés dans ce contexte, comme groupes azlactone couple rapidement avec les nucléophiles différents dans les réactions de l’ouverture du cycle. Cela inclut des amines primaires, alcools, thiols et des groupes de l’hydrazine, conférant ainsi une voie versatile à davantage la fonctionnalisation de surface7,8. Films de polymère à base de azlactone ont été employés dans différents environnement et applications biologiques incluant analyte capturent9,10, cellule culture6,11et antisalissure / revêtement anti-adhésif12. Dans de nombreuses applications biologiques, structuration des films de polymères azlactone à nano à des échelles de longueur micromètre est souhaitable pour faciliter le contrôle spatial de biomolécule présentation, interactions cellulaires, ou de moduler les interactions surface13, 14,15,16,17,18. Donc les PROCEDES de fabrication devraient être élaborés pour offre uniformité modèle haut et épaisseur de film bien contrôlés, sans compromettre la fonctionnalité chimique19.
Récemment, Lokitz et coll. ont développé un PGMA –bPVDMA – copolymère à blocs qui était capable de manipuler la réactivité de surface. Couple de blocs PGMA aux surfaces porteuses d’oxyde, à rendement élevées et accordables densités de surface d’azlactone groupes de20. Méthodes déclarées pour la structuration de ce polymère pour la création d’interfaces biofonctionnels autrefois les approches traditionnelles photolithographie de haut en bas qui a généré des films de polymère non uniforme avec des régions contaminées par des résidus matériau de résine photosensible, causant des niveaux élevés des interactions chimiques et biologiques non spécifiques21,22,23. Ici, tentatives pour passiver les régions a causé une réaction croisée avec les groupes azlactone, compromettre la réactivité de polymère. Compte tenu de ces limitations, nous a récemment développé des techniques pour brosse le patterning (~ 90 nm) ou hautement réticulé (~ 1-10 μm) films de PGMA –b– PVDMA dans des milieux chimiquement ou biologiquement inertes d’une manière qui préserve totalement la substance chimique fonctionnalité du polymère24. Ceux-ci ont présenté méthodes utilisent Parylène déjaugeage, axés sur l’interface de l’Assemblée (IDA) et par microcontact personnalisé des techniques d’impression (μCP). Les méthodes expérimentales très détaillées de ces approches de structuration, ainsi que les caractérisations de la critique de film et les défis et les limites associées à chaque technique sont présentés ici sous forme écrite et vidéo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Cet article présente trois méthodes de structuration PGMA –b– PVDMA, chacun avec ses avantages et inconvénients. La méthode de décollage de Parylène est une méthode polyvalente pour la structuration des copolymères bloc au micro de résolution nanométrique et a été utilisée comme un masque de dépôts en autres structuration systèmes33,34,35. À cause de son adhérence de surface relativement faible, le poc…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette recherche a été financée par la Kansas State University. Une partie de cette recherche a été menée au Centre pour les Sciences des matériaux Nanophase, commanditée par le scientifique à la Division des installations, le Bureau des Sciences de l’énergie base et le U.S. Department of Energy à Oak Ridge National Laboratory.
Materials
| Material | |||
| Ethanol, ≥ 99.5% | Sigma-Aldrich | 459844 | – |
| HCL, 1.019 N in H2O | Fluka Analytical | 318949 | – |
| Acetone, ≥ 99.5% | Sigma-Aldrich | 320110 | – |
| Benzene, ≥ 99.9% | Sigma-Aldrich | 270709 | – |
| Isopropanol, ACS reagent, ≥99.5% | Sigma-Aldrich | 190764 | |
| Hexane | Fisher Chemical | H292-4 | – |
| Argon | Matheson Gas | G1901175 | – |
| Tetrahydrofuran (THF), ≥ 99.9% | Sigma-Aldrich | 401757 | – |
| Pluronic F-127 | Sigma-Aldrich | P2443 | – |
| Polydimethyl Siloxane (PDMS) Slygard 184 | Dow Corning | 4019862 | – |
| Trichloro (1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl) silane (TPS), 97% | Sigma-Aldrich | 448931 | It is toxic. Work with it under hood |
| Anhydrous Chloroform, ≥ 99% | Sigma-Aldrich | 372978 | – |
| Positive Photoresist AZ1512 | MicroChemicals | AZ 1512 | amber-red liquid, density 1.083 g/cm3, spin coating step should be done under the hood |
| Developer AZ 300 MIF | MicroChemicals | AZ300 MIF | clear colourless liquid with slight amine odor and density of 1 g/cm3 |
| 1,2-Vinyl-4,4- dimethyl azlactone (VDMA) | Isochem North America, LLC | VDMA | – |
| 2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonate (CPDT) | Sigma-Aldrich | 723037 | – |
| 2,2′-Azobis (4methoxy-2,4-dimethyl valeronitrile) (V-70) | Wako Specialty Chemicals | CAS NO. 15545-97-8, EINECS No. 239-593-8 | – |
| Parylene N | Specialty Coating Systems | 15B10004 | – |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Parylene Coater | Specialty Coating Systems | SCS Labcoater (PDS 2010) | – |
| Mask alignment system | Neutronix Quintel | NXQ8000 | – |
| Oxygen Plasma Etcher | Oxford Instruments | Plasma Lab System 100 | – |
| Surface Profilometer | Veeco | Dektak 150 | Scan type was standard hill. Scan duration and force were 120 s and 1 mg, respectively. |
| Brightfield Upright Microscope | Olympus Corporation | BX51 | – |
| Oxygen Plasma Cleaner | Harrick Plasma | PDC-001-HP | – |
| Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR) | Perkin Elmer | ATR-FTIR 100 | – |
| Atomic Force Microscopy (AFM) | PicoPlus | Picoplus atomic force microscope | Veeco MLCT-E cantilevers with a 0.5 N/m spring constant. Scan speeds varied between 0.25 and 1 Hz. |
| Scanning Electron Microscopy (SEM) | Hitachi Science Systems Ltd., Tokyo, Japan | – | – |
| Rotary Tool Workstation | Dremel | Model 220-01 | – |
| Spin Coater | Smart Coater | SC100 | – |
| Vacuum Oven | Yamato Scientific Co. | PCD-C6(5)000) | – |
| Size Exclusion Chromatography (SEC) | Waters Alliance 2695 Separations Module | 720004547EN | – |
| Refractive Index (RI) detector | Waters | Model 2414 | – |
| Photodiode Array Detector | Waters | Model 2996, 716001286 | – |
| Multi-angle Light Scattering (MALS) Detector | Wyatt Technology | miniDAWN TREOS II | – |
| Viscometer | Wyatt Technology | Viscostar | – |
| PLgel 5 µm mixed-C columns (300 x 7.5 mm) | Agilent | 5 µm mixed-C columns | – |
| Ellipsometer | J. A. Woollam | alpha-SE | Cauchy model, PGMA and PVDMA layers had refractive indices of 1.50 and 1.52 at 632 nm |
| Ultrasonic Sonicator | Fischer Scientific | FS-110H | – |
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