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In questo articolo

  • Riepilogo
  • Abstract
  • Introduzione
  • Protocollo
  • Risultati
  • Discussione
  • Divulgazioni
  • Riconoscimenti
  • Materiali
  • Riferimenti
  • Ristampe e Autorizzazioni

Riepilogo

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.

Introduzione

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.

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Protocollo

1. PGMA -b- PVDMA sintesi20

  1. Sintesi PGMA macro-catena dell'agente di trasferimento (Macro-CTA)
    1. Utilizzare una reazione di turno-inferiore 250 mL imballati equipaggiato con un ancoretta magnetica rivestite con politetrafluoroetilene.
    2. Combinare 14,2 g di glicidil metacrilato GMA (142.18 g/mol) con 490,8 mg di 2-ciano-2-propil dodecil trithiocarbonate (CPDT) (346.63 g/mol) e 87,7 mg di 2, 2 '-azobis (4-metossi-2,4-dimetil valeronitrile) (V-70) (308.43 g/mol) (rapporto molare di CPDT: V-70 = 5:1) e il benzene (100 mL) in aria libera pallone da.
    3. Degassare la miscela di reazione mediante argon e agitare per 30 min. Successivamente mettere la soluzione in bagno d'olio a temperatura controllata a 30 ° C e reagire per 18 h.
      Nota: Il peso molecolare mirato per la Macro-CTA è 10.000 g/mol 18 ore è stato determinato per essere il tempo necessario a raggiungere la conversione ragionevole. Il colore della soluzione polimerica è trasparente giallo chiaro.
    4. Dopo 18 h, terminare la reazione immergendo il pallone a fondo tondo in liquido N2.
    5. Precipitare il polimero versando la soluzione giallo-chiaro del polimero/benzene (~ 100 mL) in 400 mL di esano.
    6. Mescolare la miscela per 5 min, precipitato sarà risolta nella parte inferiore del bicchiere e viene recuperata mediante filtrazione.
    7. Asciugare il precipitato durante la notte sotto vuoto. Quindi diluirlo in 400 mL di tetraidrofurano (THF). Ri-precipitare in esano.
    8. Asciugare per una notte questo nuovo precipitato nuovo con argon.
      Nota: Macro-CTA è una polvere finissima gialla. La resa di prodotto della reazione sarà ~ 43,8%. Il Mn di PGMA Macro-CTA è 7.990 g/mol con una polidispersità (PDI) di 1.506 (MW = 12.030 g/mol).
  2. Sintesi di PGMA -b- PVDMA
    1. Fractionally distillare il VDMA sotto pressione ridotta e riserviamo la frazione centrale (~ 70%) per l'uso.
      Nota: Questa è necessaria per rimuovere inibitore della polimerizzazione. L'apparecchiatura di distillazione è associato ad una linea di Schlenk e la valvola di tenuta dell'aria è parzialmente aperto la linea del vuoto. Minima di calore viene applicata utilizzando un varistat e un mantello riscaldante fino a quando il monomero VDMA comincia distillazione sopra ad un tasso di 1 goccia al secondo.
    2. Il monomero (139.15 g/mol) di 2-vinile-4,4-dimetil azlactone (VDMA) (10,436 g) si combinano con il PGMA-macroCTA (1,669 g), V-70 (14,5 mg; rapporto molare di PGMA-macroCTA: V-70 = 3:1) e il benzene (75,0 mL) in un singolo-collo 250 mL tondo-fondo reazione imballati dotato di un Ancoretta magnetica rivestita in Teflon.
      Nota: peso molecolare informazioni, PVDMA: 139.15 g/mol, PGMA-macroCTA: 12.030 g/mol, Benzene: 78.11 g/mol.
    3. Degassare la miscela con elevata purezza argon e agitare per 30 minuti e poi mettere in bagno d'olio a 32 ° C per 18 h.
    4. Terminare la reazione immergendo il pallone a fondo tondo in liquido N2.
    5. Precipitare il polimero tre volte nell'esano e asciugare a temperatura ambiente sotto vuoto.
    6. Caratterizzano il peso molecolare e PDI del prodotto mediante cromatografia di esclusione di formato (S) (Vedi la Tabella materiali) seguendo la procedura di Lokitz et al. 20. Il cromatografo di esclusione di formato (S) è dotato di tre colonne di PLgel 5 µm di misto-C (300 x 7.5 mm) in serie, un rilevatore di indice di rifrazione (lunghezza d'onda = 880 nm), un rivelatore a serie di fotodiodi, rilevatore di dispersione della luce multi-angolo (MALS) (lunghezza d'onda = 660 nm) e un Viscosimetro (Vedi la Tabella materiali).
      Nota: Tutti gli esperimenti eseguiti in questo prodotto di manoscritto utilizzato con PGMA e PVDMA lunghezze dei blocchi di 56 e 175, rispettivamente. Il peso molecolare di copolimero del blocco era 37.620 g/mol e il PDI è stato 1,16.

2. generazione di modelli di Parylene Stencil su substrati di silicio

  1. Rivestimento parilenico
    1. Sonicare wafer di silicio in 50% di acetone WT in acqua per 5 minuti, seguita da sonicazione in 50% WT isopropanolo (IPA) in acqua per 5 min.
    2. Sciacquare il wafer di silicio con acqua deionizzata (DI) e colpo secco con gas azoto.
    3. Deposito di 80 nm e 1 µm spessore parylene N su wafer di silicio da 4 pollici utilizzando una macchina a parylene (Vedi la Tabella materiali).
      Nota: Caratterizzano lo spessore del film di parylene utilizzando un profilometro superficiale (Vedi la Tabella materiali).
      1. Calibrare il parylene spessore del film con la massa di dimero parylene per ogni sistema di rivestimento parilenico individuali.
        Nota: Nel sistema attuale, dimero parylene N 80 ~ e ~ 1000 mg è stato richiesto di ottenere 80 nm e 1 µm spessore del film, rispettivamente (basata sulla curva di calibrazione ottenuta).
      2. Utilizzare le seguenti impostazioni durante il funzionamento della spalmatrice parylene: pressione: 80 mTorr, durata: 1 h, temperatura della fornace: 690 ° C, temperatura di vaporizzatore: 160 ° C.
  2. Fotolitografia
    1. Cuocere le cialde in un forno a 100 ° C per 20 min; quindi lasciate wafer riposare per un altro 3 min a temperatura ambiente.
      Nota: Tempo di attesa aggiuntivo migliora l'adesione del photoresist.
    2. Aggiungere 2 mL di photoresist positivo (Vedi la Tabella materiali) ed erogare al centro del wafer rivestite con parylene. Spin cappotto i wafer a 3000 rpm per 30 s.
      Nota: Mediante centrifugazione deve essere fatto sotto il cofano.
    3. Aspettare 1 min, cialda di cuocere su una piastra calda a 105 ° C per 1 min.
    4. Caricare photomask in un sistema di allineamento di maschera (Vedi la Tabella materiali). Esporre i wafer alla luce UV (λ = 325 nm) per 10 s con un dosaggio di 65 mJ/cm2.
    5. Lasciate i wafer a riposare per un altro 5 min a temperatura ambiente.
    6. Wafer di sviluppare immergendo in sviluppatore (Vedi la Tabella materiali) soluzione per 2 minuti risciacquare i wafer con acqua deionizzata e poi asciugare con N2. Farlo sotto il cofano.
      Nota: Dopo aver sviluppato, photoresist appare completamente rimosso da aree esposte ai raggi UV. Utilizzare un microscopio ottico (Vedi la Tabella materiali) per verificare i wafer.
  3. Acquaforte reattiva dello ione
    1. Utilizzare uno strumento di incisione (RIE) ione reattivo (Vedi la Tabella materiali) a etch sviluppati wafer con plasma ad ossigeno.
    2. Applicare un tasso di flusso di ossigeno di 50 cm3/min ad una pressione in camera di mTorr 20.
    3. Per uno spessore di pellicola parylene di 1 µm, utilizzare RF potenza di 50 W e plasma accoppiato induttivamente (ICP) potenza di 500 W per 100 s doveva togliere parylene esposte dalle zone modellate. Ciò ha corrisposto ad un parylene etch di 1.0-1.15 µm/min.
    4. Per uno spessore di parylene di 80 nm, uso RF potenza di 50 W e ICP potenza di 200 W per 55 s per rimuovere parylene esposte dalle aree modellate. Ciò corrisponde ad un parylene etch di 570-620 nm/min.
      Nota: Per la rimozione efficiente parylene, determinare il parylene etch tasso per ogni sistema RIE.
    5. Ispezionare i substrati acidati con un microscopio ottico. La superficie di silicio apparirà lucida dopo il parylene viene completamente rimosso dalle regioni esposte.
    6. Verificare etch profondità utilizzando un profilometro superficiale (Vedi la Tabella materiali).

3. Parylene decollo procedura

  1. Preparazione delle soluzioni di polimero
    1. Sciogliere PGMA -b- PVDMA in cloroformio (1% wt.). Cloroformio dovrebbe essere anidro per evitare idrolisi dei gruppi azlactone.
      Nota: Cloroformio è il solvente preferito perché ha un alto grado di solubilità del polimero, che permette più deposizione superficiale uniforme delle catene polimeriche unico rispetto ad altri solventi organici25.
  2. Pulizia parylene gli stampini con il plasma cleaner
    1. Accendere l'alimentazione principale del plasma (Vedi la Tabella materiali) di pulitore e mettere i substrati parylene-rivestito in camera pulizia plasma.
    2. Accendere la pompa del vuoto ed evacuare l'aria nell'alloggiamento fino a quando il manometro è meno di 400 mTorr.
    3. Leggermente, aprire la valvola di dosaggio e permettere all'aria di entrare al plasma cleaner fino a quando il manometro indica 800-1000 mTorr.
    4. Selezionare RF con modalità Hi ed esporre i substrati per 3 min.
    5. Alla fine del processo, spegnere la potenza RF e la pompa del vuoto.
    6. Spegnere il plasma cleaner e rimuovere i substrati.
      Nota: Dopo la pulizia al plasma, la superficie viene illustrato il comportamento idrofilo (Figura 1B). L'angolo di contatto acqua di silicio nuda superfici prima e dopo la pulizia al plasma è 27° ± 2° e 0°, rispettivamente.
  3. Rivestimento per rotazione di PGMA -b- PVDMA, ricottura e sonicazione sopra gli stencil parylene
    1. Immediatamente spin-cappotto i substrati con 100 µ l di 1% WT PGMA -b- PVDMA in cloroformio anidro a 1500 giri/min, per 15 s utilizzando una macchina a rotazione (Vedi la Tabella materiali).
      Nota: Eseguire il rivestimento per rotazione entro 1-2 s di pipettaggio la soluzione di polimero per ridurre al minimo la pellicola non-uniformità causato dall'evaporazione rapida cloroformio.
    2. Temprare il film polimerici a 110 ° C in un forno sottovuoto (Vedi la Tabella materiali) per 18 h.
      Nota: Ricottura consente polimero microphase segregazione e collegamento di superficie del blocco GMA alla superficie26.
      1. Dopo la ricottura, caratterizzano il rivestimento polimerico misurando l'angolo di contatto di substrati. Superfici mostrano un angolo di contatto di 75° ± 1° (Figura 1)20.
    3. Sonicare i substrati in 20 mL di acetone o cloroformio per 10 min rimuovere lo strato di parylene e qualunque polimero adsorbiti.
      Nota: Utilizzare le seguenti condizioni di sonicazione: potenza ultra sonic, 284 W; Frequenza, 40 kHz (Vedi la Tabella materiali).
      Nota: Parylene può anche essere sbucciato fuori il substrato da applicare un pezzo di nastro adesivo al bordo del substrato e poi tirando il nastro lontano27.
    4. Memorizzare i substrati sotto vuoto in un essiccatore fino a caratterizzazione.

figure-protocol-11120
Figura 1: contattare le misurazioni dell'angolo per substrati di silicio trattate. (A) Bare silicio, silicio di Plasma-puliti (B) , (C) Spin-rivestito di silicone con PGMA-b-PVDMA (dopo ricottura e sonicazione in cloroformio). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

4. PGMA -b- PVDMA diretto interfaccia Assembly procedura

Nota: Questa procedura può essere eseguita su substrati che contiene uno sfondo chimicamente inerte (par. 4.1), o uno sfondo biologicamente inerte (vedere paragrafo 4.2), a seconda dell'applicazione.

  1. Preparazione del sottofondo chimicamente inerte su substrati di silicio
    1. Utilizzare il plasma ad ossigeno detergente per pulire il silicio nudo (sezione 3.2).
    2. Pipettare 100 µ l di trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl) Silano (TPS) su una piastra di Petri e posizionare i substrati di silicio all'interno di un essiccatore sotto vuoto accanto la capsula di Petri.
    3. Applicare il vuoto (-750 Torr) per 1 h per deposizione chimica da vapore (CVD).
      Attenzione: TPS è altamente tossico e il processo CVD dovrebbe essere eseguito all'interno di una cappa aspirante.
      Nota: Dopo 1 h il substrato viene illustrato il comportamento idrofobo. Un angolo di contatto di 109° ± 3° è in genere misurato dopo il processo di CVD. Lo spessore del film TPS è 1,5 ± 0,5 nm.
      Nota: TPS blocca la reazione dell'ossido superficiale reattiva con PGMA -b- PVDMA.
    4. Rivestire i wafer con parylene (1 µm di spessore). Eseguire fotolitografia e ione reattivo acquaforte per generare modelli parylene (sezione 2) e a etch via lo strato TPS nelle regioni esposte.
  2. Preparazione del sottofondo di polietilenglicole (PEG) su substrati di silicio.
    1. Utilizzare il plasma ad ossigeno pulitore per 3 minuti per pulire i substrati di silicio nuda (sezione 3.2).
    2. Eseguire CVD di TPS per 1 h (sezione 4.1.2).
    3. Substrati di immergere in una soluzione di 0,7% wt/v di Pluronic F-127 in acqua ultrapura per 18 h per generare uno strato di PEG la superficie28,29.
      Nota: Pluronic contiene un blocco di polimero idrofobico in polipropilene ossido (PPO) tra due catene di PEG. Il blocco di PPO ancore il polimero alla superficie TPS, mentre le catene di PEG sono esposti a soluzione28.
    4. Lavare e risciacquare il substrato per 5 min con 100 mL di acqua ultrapura.
    5. Cassetta di 80 nm e 1 µm spessore parylene N su wafer di silicio da 4 pollici utilizzando una macchina a parylene.
    6. Eseguire fotolitografia e ione reattivo acquaforte per generare modelli parylene (sezione 2).
  3. Sonicazione, rivestimento per rotazione di PGMA -bPVDMA - polimero e i substrati di ricottura
    1. Sonicare chimicamente inerte (TPS) substrati (par. 4.1) o substrati PEG-funzionale (vedere paragrafo 4.2) per 10 min in acetone per rimuovere lo strato di parylene.
    2. Spin-cappotto lisati mediante substrato con 100 µ l di 1% WT PGMA -b- PVDMA in cloroformio anidro a 1500 giri/min per 15 s.
    3. Temprare il film polimerici a 110 ° C sotto vuoto per 18 h.
    4. Sonicare i substrati in acetone o cloroformio per 10 min rimuovere adsorbiti polimero presente nelle regioni di sfondo sulla superficie.
    5. Memorizzare i substrati in un essiccatore sotto vuoto fino all'ulteriore utilizzo.

5. custom PGMA -b- PVDMA Micro-contatto stampa (μCP)

  1. Fabbricazione di timbro PDMS
    1. Fabbricare i maestri di silicio secondo la procedura di fotolitografia standard30. Utilizzare processo CVD (sezione 4.1.2) deposito antiadesivo TPS sui maestri di silicio.
      Nota: Lo stampo di silicone deve essere trattato con TPS la prima volta viene utilizzato e ri-applicato dopo che è stato usato 5 - 10 volte.
    2. Eseguire metodi standard litografia soft per la fabbricazione di timbri (precursore PDMS massa rapporto 10:1 catalizzatore di vulcanizzazione)31.
      Nota: Timbri usati in questo studio sono costituiti da matrici di micropillar (diametro = 5-50 µm, altezza = 20 µm).
    3. Tagliare un francobollo singolo. Pulire il timbro di sonicating per 10 min in HCl (1 M), 5 min in acetone, seguita da 5 min in etanolo.
    4. Asciugare i francobolli in forno ventilato a 80 ° C per 20 minuti rimuovere il residuo solvente organico.
  2. Stampa di microcontatto di PGMA -b- PVDMA su substrati di silicio
    1. Deposito TPS sulla superficie di francobolli PDMS utilizzando il processo CVD (sezione 4.1.2).
      Nota: Lo strato TPS è usato per prevenire accoppiamento del polimero alla superficie del timbro.
      Nota: Misure di angolo di contatto utilizzabile per caratterizzare francobolli dopo adsorbimento TPS, come mostrato in Figura 2 (inserto A, B).
    2. Sciogliere il polimero - PVDMAbda PGMA - in cloroformio anidro ad una concentrazione di 0,25-1% in peso.
    3. Immergere i francobolli in 5 mL di soluzione polimerica per 3 min.
    4. Al plasma pulito 2 substrati di silicio nuda cm × 2 per 3 minuti per pulire la superficie per l'accoppiamento con i blocchi PGMA (sezione 3.2).
    5. Estrarre i francobolli rivestito in polimero dalla soluzione di polimero.
      Nota: Francobolli devono essere utilizzati per la stampa mentre sono ancora bagnati e uno strato di soluzione esiste sopra loro.
    6. Mettere il timbro inchiostrato direttamente su substrato di silicio.
    7. Uso un trapano manuale supporto (vedere la Tabella materiali) (Figura 3) per premere i francobolli con rivestimento polimerico sulla superficie di silicio per promuovere il trasferimento del modello. Applicare immediatamente il timbro del substrato (nel raggio di 1-2 s) dopo aver preso i francobolli rivestiti dalla soluzione di polimero.
      Nota: Il silicio e il timbro PDMS è collocabile su supporto nastro biadesivo al minimo la deformazione timbro PDMS dovuto pressione non uniforme o alta timbratura32.
    8. Applicare conformal contatto tra polimero-inked timbro e substrato di silicio per un minimo di 1 utilizza la pressione stimata di 75 g/cm2(7,35 kPa) per premere.
    9. Separare delicatamente il timbro dalla superficie del silicio.
    10. Temprare i substrati di silicio stampato immediatamente in un vuoto forno a 110 ° C per 18 h.
    11. Sottoporre ad ultrasuoni i substrati di silicio stampata in acetone o cloroformio per 10 min rimuovere qualsiasi fisicamente adsorbiti PGMA -b- PVDMA e poi a secco con N2.
      1. Eseguire analisi di caratterizzazione delle superfici per stampato-silicio (dopo ricottura e sonicazione passi) e timbro PDMS (dopo passo stampa) per verificare il corretto trasferimento di PGMA -b- PVDMA.
        Nota: Superficie profilometro e riflettanza totale attenuata di Fourier analisi di spettroscopia infrarossa (ATR-FTIR) potrebbero essere utilizzato per analizzare il substrato di silicio stampato e il timbro PDMS, rispettivamente.
    12. Memorizzare i substrati sotto vuoto in un essiccatore fino a caratterizzazione.

figure-protocol-18890
Figura 2 : Misure ATR-FTIR per timbri PDMS trattate (intensità relativa). (Inserto A) Contattare le misurazioni dell'angolo per timbro PDMS nuda. (Nel riquadro B) Misure di angolo di contatto per TPS trattati PDMS timbro. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

figure-protocol-19488
Figura 3: Installazione per μCP di PGMA - soluzioni dib- PVDMA su substrati di silicio. La procedura include l'uso di una pressa di trivello manuale (A) , (B) un timbro di TPS-funzionalizzate PDMS rivestito con il PGMA -bPVDMA - polimero, (C) un plasma pulita 2 × 2 cm substrato di silicio e nastro biadesivo (D) .

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Risultati

Misure di angolo di contatto possono essere utilizzate per valutare la funzionalizzazione del silicio con PGMA-b-PVDMA. Figura 1 illustra l'angolo di contatto del substrato di silicio durante le fasi di lavorazione diverse. Comportamento idrofilo del substrato di silicio del plasma pulito è mostrato in Figura 1B. L'angolo di contatto dopo polimero spin coating e ricottura è 75° ± 1°(figura 1

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Discussione

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...

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Divulgazioni

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Riconoscimenti

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.

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Materiali

NameCompanyCatalog NumberComments
Material
Ethanol, ≥ 99.5%Sigma-Aldrich459844-
HCL, 1.019 N in H2OFluka Analytical318949-
Acetone, ≥ 99.5%Sigma-Aldrich320110-
Benzene, ≥ 99.9%Sigma-Aldrich270709-
Isopropanol, ACS reagent, ≥99.5%Sigma-Aldrich190764
HexaneFisher ChemicalH292-4-
ArgonMatheson GasG1901175-
Tetrahydrofuran (THF), ≥ 99.9%Sigma-Aldrich401757-
Pluronic F-127Sigma-AldrichP2443-
Polydimethyl Siloxane (PDMS) Slygard 184Dow Corning4019862-
Trichloro (1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl) silane (TPS), 97%Sigma-Aldrich448931It is toxic. Work with it under hood
Anhydrous Chloroform, ≥ 99%Sigma-Aldrich372978-
Positive Photoresist AZ1512MicroChemicalsAZ 1512amber-red liquid, density 1.083 g/cm3, spin coating step should be done under the hood
Developer AZ 300 MIFMicroChemicalsAZ300 MIFclear colourless liquid with slight amine odor and density of 1 g/cm3
1,2-Vinyl-4,4- dimethyl azlactone (VDMA)Isochem North America, LLCVDMA-
2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonate (CPDT)Sigma-Aldrich723037-
2,2′-Azobis (4methoxy-2,4-dimethyl valeronitrile) (V-70)Wako Specialty ChemicalsCAS NO. 15545-97-8, EINECS No. 239-593-8-
Parylene NSpecialty Coating Systems15B10004-
NameCompanyCatalog NumberComments
Equipment
Parylene CoaterSpecialty Coating SystemsSCS Labcoater (PDS 2010)-
Mask alignment systemNeutronix QuintelNXQ8000-
Oxygen Plasma EtcherOxford InstrumentsPlasma Lab System 100-
Surface ProfilometerVeecoDektak 150Scan type was standard hill. Scan duration and force were 120 s and 1 mg, respectively.
Brightfield Upright MicroscopeOlympus CorporationBX51-
Oxygen Plasma  CleanerHarrick PlasmaPDC-001-HP-
Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR)Perkin ElmerATR-FTIR 100-
Atomic Force Microscopy (AFM)PicoPlusPicoplus atomic force microscopeVeeco 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 WorkstationDremelModel 220-01-
Spin CoaterSmart CoaterSC100-
Vacuum OvenYamato Scientific Co.PCD-C6(5)000)-
Size Exclusion Chromatography (SEC)Waters Alliance 2695 Separations Module720004547EN-
Refractive Index (RI) detectorWatersModel 2414-
Photodiode Array DetectorWatersModel 2996, 716001286-
Multi-angle Light Scattering (MALS) DetectorWyatt TechnologyminiDAWN TREOS II-
ViscometerWyatt TechnologyViscostar-
PLgel 5 µm mixed-C columns (300 x 7.5 mm)Agilent5 µm mixed-C columns-
EllipsometerJ. A. Woollamalpha-SECauchy model, PGMA and PVDMA layers had refractive indices of 1.50 and 1.52 at 632 nm
Ultrasonic SonicatorFischer ScientificFS-110H-

Riferimenti

  1. Faia-Torres, A., Goren, T., Textor, M., Pla-Roca, M. Patterned Biointerfaces. Comprehensive biomaterials. , 1st edition, Elsevier publications. 181-201 (2017).
  2. Ogaki, R., Alexander, M., Kingshott, P. Chemical patterning in biointerface science. Materials Today. 13 (4), 22-35 (2010).
  3. Rungta, A., et al. Grafting bimodal polymer brushes on nanoparticles using controlled radical polymerization. Macromolecules. 45 (23), 9303-9311 (2012).
  4. Guyomard, A., Fournier, D., Pascual, S., Fontaine, L., Bardeau, J. Preparation and characterization of azlactone functionalized polymer supports and their application as scavengers. European Polymer Journal. 40 (10), 2343-2348 (2004).
  5. Zayas-Gonzalez, Y. M., Lynn, D. M. Degradable Amine-Reactive Coatings Fabricated by the Covalent Layer-by-Layer Assembly of Poly (2-vinyl-4, 4-dimethylazlactone) with Degradable Polyamine Building Blocks. Biomacromolecules. 17 (9), 3067-3075 (2016).
  6. Schmitt, S. K., et al. Peptide Conjugation to a Polymer Coating via Native Chemical Ligation of Azlactones for Cell Culture. Biomacromolecules. 17 (3), 1040-1047 (2016).
  7. Yu, Q., Cho, J., Shivapooja, P., Ista, L. K., López, G. P. Nanopatterned smart polymer surfaces for controlled attachment, killing, and release of bacteria. ACS Applied Materials & Interfaces. 5 (19), 9295-9304 (2013).
  8. Jones, M. W., Richards, S., Haddleton, D. M., Gibson, M. I. Poly (azlactone)s: versatile scaffolds for tandem post-polymerisation modification and glycopolymer synthesis. Pilymer Chemistry UK. 4 (3), 717-723 (2013).
  9. Barkakaty, B., et al. Amidine-Functionalized Poly (2-vinyl-4, 4-dimethylazlactone) for Selective and Efficient CO2 Fixing. Macromolecules. 49 (5), (2016).
  10. Cullen, S. P., Mandel, I. C., Gopalan, P. Surface-anchored poly (2-vinyl-4, 4-dimethyl azlactone) brushes as templates for enzyme immobilization. Langmuir. 24 (23), 13701-13709 (2008).
  11. Schmitt, S. K., et al. Polyethylene glycol coatings on plastic substrates for chemically defined stem cell culture. Advanced Healthcare Materials. 4 (10), 1555-1564 (2015).
  12. Yan, S., et al. Nonleaching Bacteria-Responsive Antibacterial Surface Based on a Unique Hierarchical Architecture. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (37), 24471-24481 (2016).
  13. Li, C., et al. Creating "living" polymer surfaces to pattern biomolecules and cells on common plastics. Biomacromolecules. 14 (5), 1278-1286 (2013).
  14. Brétagnol, F., et al. Surface functionalization and patterning techniques to design interfaces for biomedical and biosensor applications. Plasma Processes and Polymers. (6-7), 443-455 (2006).
  15. Thery, M. Micropatterning as a tool to decipher cell morphogenesis and functions. Journal of Cell Science. 123 (Pt 24), 4201-4213 (2010).
  16. Robertus, J., Browne, W. R., Feringa, B. L. Dynamic control over cell adhesive properties using molecular-based surface engineering strategies. Chemical Soceity Reviews. 39 (1), 354-378 (2010).
  17. Kane, R. S., Takayama, S., Ostuni, E., Ingber, D. E., Whitesides, G. M. Patterning proteins and cells using soft lithography. Biomaterials. 20 (23), 2363-2376 (1999).
  18. Cattani-Scholz, A., et al. PNA-PEG modified silicon platforms as functional bio-interfaces for applications in DNA microarrays and biosensors. Biomacromolecules. 10 (3), 489-496 (2009).
  19. Nie, Z., Kumacheva, E. Patterning surfaces with functional polymers. Nature Materials. 7 (4), (2008).
  20. Lokitz, B. S., et al. Manipulating interfaces through surface confinement of poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyldimethylazlactone), a dually reactive block copolymer. Macromolecules. 45 (16), 6438-6449 (2012).
  21. Kratochvil, M. J., Carter, M. C., Lynn, D. M. Amine-Reactive Azlactone-Containing Nanofibers for the Immobilization and Patterning of New Functionality on Nanofiber-Based Scaffolds. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (11), 10243-10253 (2017).
  22. Wancura, M. M., et al. Fabrication, chemical modification, and topographical patterning of reactive gels assembled from azlactone-functionalized polymers and a diamine. Journal of Polymer Science Part A1. 55 (19), 3185-3194 (2017).
  23. Hansen, R. R., et al. Lectin-functionalized poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyldimethyl azlactone) surface scaffolds for high avidity microbial capture. Biomacromolecules. 14 (10), 3742-3748 (2013).
  24. Masigol, M., Barua, N., Retterer, S. T., Lokitz, B. S., Hansen, R. R. Chemical copatterning strategies using azlactone-based block copolymers. Journal of Vacuum Science and TechnologyB. 35 (6), 06GJ01(2017).
  25. Lokitz, B. S., et al. Dilute solution properties and surface attachment of RAFT polymerized 2-vinyl-4, 4-dimethyl azlactone (VDMA). Macromolecules. 42 (22), 9018-9026 (2009).
  26. Aden, B., et al. Assessing Chemical Transformation of Reactive, Interfacial Thin Films Made of End-Tethered Poly (2-vinyl-4, 4-dimethyl azlactone)(PVDMA) Chains. Macromolecules. 50 (2), 618-630 (2017).
  27. Hansen, R. H., et al. Stochastic assembly of bacteria in microwell arrays reveals the importance of confinement in community development. Public Library of Science One. 11 (5), e0155080(2016).
  28. Vargis, E., Peterson, C. B., Morrell-Falvey, J. L., Retterer, S. T., Collier, C. P. The effect of retinal pigment epithelial cell patch size on growth factor expression. Biomaterials. 35 (13), 3999-4004 (2014).
  29. Tzvetkova-Chevolleau, T., et al. Microscale adhesion patterns for the precise localization of amoeba. Microelectronic Engineering. 86 (4), 1485-1487 (2009).
  30. Shelly, M., Lee, S., Suarato, G., Meng, Y., Pautot, S. Photolithography-Based Substrate Microfabrication for Patterning Semaphorin 3A to Study Neuronal Development. Semaphorin Signaling: Methods and Protocols. 1493, 321-343 (2017).
  31. McDonald, J. C., et al. Fabrication of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane). Electrophoresis. 21 (1), 27-40 (2000).
  32. Hansen, R. R., et al. High content evaluation of shear dependent platelet function in a microfluidic flow assay. Annals of Biomedical Engineering. 41 (2), 250-262 (2013).
  33. Segalman, R. A., Yokoyama, H., Kramer, E. J. Graphoepitaxy of spherical domain block copolymer films. Advanced Materials. 13 (15), 1152-1155 (2001).
  34. Stoykovich, M. P., et al. Directed assembly of block copolymer blends into nonregular device-oriented structures. Science. 308 (5727), New York, N.Y. 1442-1446 (2005).
  35. Craig, G. S., Nealey, P. F. Self-assembly of block copolymers on lithographically defined nanopatterned substrates. Journal of Polymer Science and Technology. 20 (4), 511-517 (2007).
  36. Kodadek, T. Protein microarrays: prospects and problems. Chemical Biology. 8 (2), 105-115 (2001).
  37. Atsuta, K., Suzuki, H., Takeuchi, S. A parylene lift-off process with microfluidic channels for selective protein patterning. Journal of Micromechanics and Microengineering. 17 (3), 496(2007).
  38. Ramanathan, M., Lokitz, B. S., Messman, J. M., Stafford, C. M., Kilbey, S. M. II Spontaneous wrinkling in azlactone-based functional polymer thin films in 2D and 3D geometries for guided nanopatterning. Journal of Material Chemistry C. 1 (11), 2097-2101 (2013).
  39. Suh, K. Y., Jon, S. Control over wettability of polyethylene glycol surfaces using capillary lithography. Langmuir. 21 (15), 6836-6841 (2005).
  40. Buck, M. E., Lynn, D. M. Layer-by-Layer Fabrication of Covalently Crosslinked and Reactive Polymer Multilayers Using Azlactone-Functionalized Copolymers: A Platform for the Design of Functional Biointerfaces. Advanced Engineering Materials. 13 (10), 343-352 (2011).
  41. Ma, L., et al. Trap Effect of Three-Dimensional Fibers Network for High Efficient Cancer-Cell Capture. Advanced Healthcare Materials. 4 (6), 838-843 (2015).
  42. Massad-Ivanir, N., Shtenberg, G., Tzur, A., Krepker, M. A., Segal, E. Engineering nanostructured porous SiO2 surfaces for bacteria detection via "direct cell capture". Analytical Chemistry. 83 (9), 3282-3289 (2011).
  43. Ilic, B., Craighead, H. Topographical patterning of chemically sensitive biological materials using a polymer-based dry lift off. Biomedical Microdevices. 2 (4), 317-322 (2000).
  44. Gates, B. D., et al. New approaches to nanofabrication: molding, printing, and other techniques. Chemical Reviews. 105 (4), 1171-1196 (2005).
  45. Jonas, U., del Campo, A., Kruger, C., Glasser, G., Boos, D. Colloidal assemblies on patterned silane layers. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 99 (8), 5034-5039 (2002).
  46. Qin, D., Xia, Y., Whitesides, G. M. Soft lithography for micro-and nanoscale patterning. Nature Protocols. 5 (3), 491-502 (2010).

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