Fabbricazione di superfici reattive con spazzola e film reticolato di co-polimeri funzionalizzati Azlactone blocco
Summary
Metodi di fabbricazione di superficie per fantasia deposizione di nanometro spessa spazzole o micron di spessore, film reticolato di un copolimero del blocco di azlactone sono segnalati. Fasi critiche sperimentale, risultati rappresentativi e le limitazioni di ciascun metodo sono discussi. Questi metodi sono utili per la creazione di interfacce funzionali con caratteristiche fisiche su misura e reattività di superficie sintonizzabile.
Abstract
In questa carta, metodi di fabbricazione che generano superfici romanzo utilizzando il blocco basato su azlactone co-polimero, poli (metacrilato di glycidyl) –blocco– poly (vinyl azlactone dimetil) (PGMA –b– PVDMA), sono presentati. Dovuto l’alta reattività dei gruppi di azlactone verso ammina, tiolo e gruppi dell’idrossile, PGMA –bsuperfici – PVDMA possono essere modificate con molecole secondari per creare interfacce chimicamente o biologicamente funzionalizzate per una varietà di applicazioni. I rapporti precedenti di fantasia PGMA –b– PVDMA interfacce hanno usato le tecniche tradizionali verticistica patterning che generano non uniforme film e composizioni chimiche scarsamente controllato sfondo. Qui, descriviamo le tecniche di campitura su misura che permettono la precisa deposizione di altamente uniforme PGMA –b– PVDMA film in sfondi che sono chimicamente inerti o che hanno proprietà di biomolecole-repellente. D’importanza, questi metodi sono progettati per deposito PGMA –b– PVDMA film in un modo che mantiene completamente azlactone funzionalità attraverso ogni fase di lavorazione. Film fantasia mostrano spessori ben controllati che corrispondono ai pennelli di polimero (~ 90 nm) o altamente reticolato strutture (~ 1-10 μm). Pattern pennello vengono generati utilizzando entrambi il lift-off parylene o interfaccia diretto metodi di montaggio descritti e sono utili per una modulazione precisa di reattività chimica complessiva di superficie regolando sia il PGMA –b– PVDMA densità dello schema o il lunghezza del blocco VDMA. Al contrario, la spessa, reticolato PGMA –b– PVDMA modelli sono ottenuti utilizzando una tecnica di stampa micro contatto su misura e offrono il vantaggio di carico più elevato o la cattura di materiale secondario a causa della maggiore superficie per rapporti di volume. Procedura sperimentale dettagliata, caratterizzazioni di pellicola critica e Trouble-Shooting guide per ogni metodo di fabbricazione sono discussi.
Introduction
Lo sviluppo di tecniche di fabbricazione che consentono un controllo preciso e versatile di funzionalità superficiale chimico e biologico è desiderabile per una varietà di applicazioni, dalla cattura dei contaminanti ambientali allo sviluppo della prossima generazione biosensori, gli impianti e dispositivi1,2di ingegneria tissutale. Polimeri funzionali sono ottimi materiali per la sintonizzazione proprietà superficiali attraverso “l’innesto da” o “l’innesto a” tecniche3. Questi approcci consentono un controllo della reattività superficiale basata su funzionalità chimica del monomero e peso molecolare del polimero4,5,6. Polimeri a base di Azlactone sono stati intensamente studiati in questo contesto, come gruppi di azlactone coppie rapidamente con diversi nucleofili nelle reazioni di anello-apertura. Questo include primarie ammine, alcoli, tioli e gruppi di idrazina, fornendo così un percorso versatile per ulteriore funzionalizzazione superficiale7,8. Film polimerici a base di Azlactone sono stati impiegati in differenti ambientale e applicazioni biologiche tra cui analita catturano9,10, cella cultura6,11e antivegetativi / Rivestimenti anti-adesivo12. In molte applicazioni biologiche, patterning azlactone film polimerici a nano a scale di lunghezza di micrometro è auspicabile per facilitare il controllo spaziale della biomolecola presentazione, interazioni cellulari, o di modulare le interazioni superficie13, 14,15,16,17,18. Di conseguenza, metodi di fabbricazione dovrebbero essere sviluppati per offrire modello ad alta uniformità e spessore del film ben controllato, senza compromettere la funzionalità chimica19.
Recentemente, Lokitz et al ha sviluppato un PGMA –b– PVDMA copolimero a blocchi che è stato in grado di manipolare la reattività di superficie. Coppia di blocchi PGMA per ossido-cuscinetto superfici, producendo sintonizzabile e alta densità superficiale di azlactone gruppi di20. Precedentemente segnalati metodi per patterning questo polimero per la creazione di interfacce biofunzionali utilizzati approcci tradizionali verticistica fotolitografia che ha generato film polimerici non uniforme con regioni di sfondo contaminate da residui materiale di photoresist, causando alti livelli di interazioni chimiche e biologiche non specifiche21,22,23. Qui, tentativi di passivare le regioni sfondo causato cross-reazione con i gruppi di azlactone, compromettere la reattività di polimero. Tenendo conto di queste limitazioni, abbiamo recentemente sviluppato tecniche per patterning pennello (~ 90 nm) o altamente reticolato (~ 1-10 μm) film di PGMA –b– PVDMA in campiture chimicamente o biologicamente inerte in un modo che mantiene completamente la sostanza chimica funzionalità del polimero24. Questi presentati metodi utilizzano parylene Lift-off, diretto interfaccia assembly (IDA) e tecniche di microcontatto personalizzato stampa (μCP). Metodi sperimentali altamente dettagliati per questi approcci patterning, nonché caratterizzazioni pellicola critica, sfide e limitazioni associate ogni tecnica sono presentati qui in formato scritto e video.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo articolo presenta tre approcci al patterning PGMA –b– PVDMA, ciascuno con una serie di vantaggi e svantaggi. Il metodo di Lift-off parylene è un metodo versatile per patterning blocco co-polimeri presso micro risoluzione su scala nanometrica ed è stato usato come una maschera di deposizione in altri patterning sistemi33,34,35. Dovuto la relativa adesione di superficie relativamente debole, lo stencil parylene p…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è stata sostenuta da Kansas State University. Una parte di questa ricerca è stata condotta presso il centro per Nanophase Materials Sciences, che è sponsorizzato Oak Ridge National Laboratory dalla divisione scientifica di strutture utente, Office di base energia scienze e US Department of Energy.
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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