Herstellung von reaktiven Oberflächen mit Pinsel-Like und querverbunden Filme von Azlactone funktionalisiert Block-Copolymere
Summary
Oberfläche Herstellungsmethoden für gemusterte Ablagerung von Nanometer dicken Pinsel oder Mikrometer dick, querverbunden Filme von einer Azlactone-Block-Copolymer werden gemeldet. Kritischen experimentellen Schritte, repräsentative Ergebnisse und Grenzen der einzelnen Methoden werden diskutiert. Diese Methoden sind hilfreich für die Erstellung von funktionaler Schnittstellen mit maßgeschneiderten Körpermerkmale und einstellbaren Oberfläche Reaktivität.
Abstract
In diesem Papier, Herstellungsmethoden, die neuartige Oberflächen mit Azlactone-basierten Block-Copolymer, Poly (glycidylmethacrylat Methacrylat) generieren –Block– Poly (Vinyl-Dimethyl-Azlactone) (PGMA –b– PVDMA), werden vorgestellt. Aufgrund der hohen Reaktivität der Azlactone Gruppen in Richtung Amin, Thiol und Hydroxyl-Gruppen modifizierbar PGMA –b– PVDMA Oberflächen mit sekundären Moleküle chemisch oder biologisch funktionalisierten Schnittstellen für eine Vielzahl von Anwendungen zu erstellen. Frühere Berichte der gemusterten PGMA –b– PVDMA Schnittstellen haben traditionellen Top-Down-Musterung Techniken verwendet, die ungleichmäßige Filme und schlecht kontrollierten Hintergrund Chemikalien erzeugen. Hier beschreiben wir individuelle Musterung Techniken, die es präzise Ablagerung von sehr einheitliche PGMA –b– PVDMA Filme im Hintergrund ermöglichen, sind chemisch inert oder das Biomolekül-abweisende Eigenschaften haben. Wichtig ist, sollen diese Methoden Kaution PGMA –b– PVDMA-Filme in einer Art und Weise, die völlig Azlactone Funktionalität durch jeden Bearbeitungsschritt bewahrt. Gemusterte Filme zeigen gut kontrollierte stärken, die Polymer-Bürsten entsprechen (~ 90 nm) oder hoch vernetzte Strukturen (~ 1 – 10 μm). Pinselmuster entstehen mit entweder der Parylene abheben oder Schnittstelle Regie Montageverfahren beschrieben und sind nützlich für präzise Modulation von insgesamt Reaktivität Oberfläche entweder die PGMA –b– PVDMA Muster Dichte einstellen oder die Länge des VDMA Blocks. Im Gegensatz dazu die dicken querverbunden PGMA –b– PVDMA Muster stammen mit einer angepassten Mikro-Kontakt-Drucktechnik und bieten den Vorteil der höheren Belastung oder Erfassung von Sekundärmaterial aufgrund höherer von Oberfläche zu Volumen-Verhältnis. Experimentelle Anleitung, kritischen Film Charakterisierungen und Fehlersuche Führer für jede Herstellung Methode diskutiert.
Introduction
Entwicklung von Fertigungstechniken, die vielseitige und präzise Steuerung der chemischen und biologischen Oberflächenfunktionalität zulassen ist wünschenswert, dass eine Vielzahl von Anwendungen, von der Aufnahme von Umweltkontaminanten zur Entwicklung der nächsten generation Biosensoren, Implantate und Gewebetechnik Geräte1,2. Funktionelle Polymere sind hervorragende Materialien für Oberflächeneigenschaften durch “Pfropfen aus” oder “Pfropfen auf” Techniken3-tuning. Diese Ansätze ermöglichen Kontrolle der Oberfläche Reaktivität anhand der chemische Funktionalität von Monomeren und Molekulargewicht Polymer4,5,6. Azlactone-basierte Polymere sind in diesem Zusammenhang intensiv untersucht worden, wie Azlactone Gruppen schnell mit verschiedenen nukleophile Ringöffnende Reaktionen zu koppeln. Dazu gehören primäre Amine, Alkohole und Thiole Hydrazin Gruppen, wodurch eine vielseitige Route für weitere Oberfläche Funktionalisierung7,8. Azlactone-basierte Polymerfolien wurden in verschiedene ökologische und biologische Anwendungen einschließlich Analyten zu erfassen,9,10, Zelle Kultur6,11und Antifouling-/ Anti-Haft Beschichtungen12. In vielen Anwendungen in der Biologie ist die Musterung Azlactone Polymerfolien bei Nano Mikrometer Länge Skalen wünschenswert räumliche Kontrolle über Biomolekül Präsentation, zellulären Interaktionen zu erleichtern oder Oberfläche Interaktionen13modulieren, 14,15,16,17,18. Daher sollten Herstellungsmethoden entwickelt werden, um hohe Muster Gleichförmigkeit und gut kontrollierte Schichtdicke zu bieten, ohne chemische Funktionalität19.
In letzter Zeit entwickelt Lokitz Et Al. eine PGMA –b– PVDMA-Block-Copolymer die Oberfläche Reaktivität zu manipulieren konnte. PGMA Blöcke paar oxid-Auflageflächen, Gewinnung hoch und einstellbaren Oberfläche Dichte von Azlactone Gruppen20. Früher gemeldeten Methoden zur Strukturierung dieses Polymers für die Schaffung von biofunktionellen Schnittstellen traditionellen Top-Down-Photolithographie Ansätze, die ungleichmäßige Polymerfolien mit Hintergrund Regionen mit Rückständen kontaminiert generiert Photoresist Material, verursachen hohe chemische und biologische Interaktionen unspezifisch21,22,23. Hier verursacht Versuche, Hintergrund Regionen passiviert Kreuzreaktionen mit Azlactone Gruppen, Kompromisse bei der Polymer-Reaktivität. Unter Berücksichtigung dieser Einschränkungen haben wir vor kurzem entwickelt Techniken zur Musterung Pinsel (~ 90 nm) oder hoch vernetzt (~ 1 – 10 μm) Filme PGMA –b– PVDMA in chemisch oder biologisch inert Hintergründe in einer Weise, die die Chemikalie vollständig bewahrt Funktionalität der Polymer-24. Diese vorgestellten Methoden nutzen Parylene-Lift-Off, unter der Regie von Schnittstelle Montage (IDA) und benutzerdefinierte Microcontact Drucktechniken (μCP). Sehr detaillierte experimentelle Methoden für diese Musterung Ansätze sowie kritischen Film Charakterisierungen und Herausforderungen und Einschränkungen verbunden mit jeder Technik werden hier in schriftlicher und video-Format vorgestellt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieser Artikel stellt drei Ansätze zur Strukturierung PGMA –b– PVDMA, jeweils mit einem Satz von vor- und Nachteile. Parylene-Lift-Off-Methode ist eine vielseitige Methode zur Strukturierung von Block-Copolymere im Mikro-bis nanoskaligen Auflösung und wird als eine Ablagerung Maske in andere Musterung Systeme33,34,35. Aufgrund seiner relativ schwachen Oberflächenhaftung kann Parylene-Schablone leicht durch Ultraschal…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Forschung wurde unterstützt von der Kansas State University. Ein Teil dieser Forschung wurde in der Mitte für Anwendungspotential Materialwissenschaften durchgeführt am Oak Ridge National Laboratory von wissenschaftlichen Benutzer Einrichtungen Division, Büro der grundlegenden Energiewissenschaften sowie U.S. Department of Energy gesponsert wird.
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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