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Method Article
ナノメートルの厚さのブラシまたはミクロン厚のパターン蒸着、アズラクトン ブロック共重合体の架橋膜の表面の作製方法が報告されます。重要な実験手順、代表的な結果、および各メソッドの制限事項を説明します。これらのメソッドは、合わせた物理的な特徴と可変の表面反応性機能的なインターフェイスの作成に役立ちます。
本稿は、アズラクトン ベースのブロック共重合体、ポリ (メタクリル酸グリシジル) を使用して新規のサーフェスを生成する製造方法でブロック- ポリ (ビニル ジメチル アズラクトン) (PGMA-b- PVDMA) が表示されます。アミン、チオール、およびヒドロキシル グループに向かってアズラクトン グループの高い反応性のため様々 なアプリケーションに化学的または生物学的機能のインターフェイスを作成するセカンダリ分子と PGMAbの-PVDMA の面を変更できます。PGMA -b- PVDMA パターンのインターフェイスの以前の報告は、不均一膜と化学組成コントロール不良の背景を生成する従来のトップダウン パターニング手法を使用しています。ここでは、均一な PGMAb- PVDMA 薄膜の化学的に不活性であるまたは生体分子撥プロパティを持つ背景の正確な成膜を可能にするカスタマイズされたパターン化技術について述べる。重要なは、これらのメソッドは、処理順を追ってアズラクトン機能を完全に維持方法でデポジット PGMA-b- PVDMA 映画に設計されています。パターン フィルムを示すポリマー ブラシに対応する制御された厚さ (~ 90 nm) または高架橋構造 (1 ~ 10 μ m)。パリレン打上げを使用してブラシ パターンを生成またはインターフェイス監督か PGMA -b- PVDMA パターン密度を調整することによって説明したアセンブリ方法と全体的な表面反応の正確な変調のため役に立つかVDMA のブロックの長さ。対照的に、厚さ、架橋 PGMA -b- PVDMA パターンはカスタマイズされたマイクロ コンタクト印刷技術を用いて、高い読み込みの利点またはボリュームの比率に高い表面積のため二次素材のキャプチャを提供します。詳細な実験手順、臨界膜のキャラクタリゼーション、および各工法のトラブルシューティング ガイドを説明します。
さまざまなアプリケーション、次世代の開発に環境汚染物質のキャプチャからの望ましいは化学と生物学の表面機能の汎用性と正確なコントロールを可能にする加工技術を開発バイオ センサー、インプラント、および組織エンジニア リング デバイス1,2。機能性高分子材料は、「移植」や""技術3へ移植を介して表面特性を調整するための優秀な材料です。これらのアプローチでは、単量体の化学的機能、高分子4,5,6の分子量に基づく表面の反応性の制御ができます。アズラクトン ベースのポリマー研究されている激しくないこのコンテキスト アズラクトン グループは急速に開環反応の異なる求核試薬とカップルに。これには、アミン、アルコール、チオール化合物、ヒドラジンのグループ、それによってさらに表面機能化7,8の多彩なルートを提供するが含まれます。アズラクトン ベースのポリマー フィルムは、環境別で採用されているし、検体を含む生物学的応用をキャプチャ9,10,6,細胞文化11及び防汚/非粘着コーティング12。多くの生物学的応用のマイクロメータ スケールに nano でアズラクトン高分子薄膜のパターニングが生体分子のプレゼンテーション、細胞間相互作用の空間的制御を容易にする表面相互作用13を調節するため望ましく 14,15,16,17,18。したがって、化学機能19を損なうことがなく高いパターンの均一性と制御された膜厚を提供する製造方法を開発する必要があります。
近年, Lokitzらは、PGMA -b- PVDMA ブロック共重合体は表面の反応性を操作することができる.酸化軸受表面に PGMA ブロック カップル、アズラクトンの高と可変の表面密度を降伏20をグループ化します。報告された方法による生体機能のインターフェイスの作成のこのポリマーをパターンが残留で汚染されたバック グラウンド地域と非一様高分子薄膜を生成伝統的なトップダウン フォトリソグラフィ アプローチを使用する以前フォトレジスト材料、非固有の化学的・生物学的相互作用21,22,23の高レベルを引き起こします。ここでは、バック グラウンド地域に試みはアズラクトン グループ、高分子反応性を損なうことと交差反応を発生します。これらの制限事項は、我々 は最近ブラシをパターニング技術開発 (~ 90 nm) または PGMA-bの高架橋 (1 ~ 10 μ m) フィルム - 完全に化学物質を保持する方法で化学的または生物学的に不活性の背景に PVDMA高分子24の機能。これらのメソッドはパリレン リフトオフ、インターフェイス指向アセンブリ (IDA) とカスタム μ 印刷 (μCP) 技術を利用します。パターニング方法と同様重要なフィルムの特性と課題と各テクニックに関連する制限する非常に詳細な実験方法は、書面、ビデオ形式でここに掲載されています。
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1. PGMA -bPVDMA 合成20
2. シリコン基板上のパリレン ステンシル パターンの生成
3. パリレン リフトオフ手順
図 1: 処理されたシリコン基板の角度測定にお問い合わせください。(A)裸の PGMA b PVDMA (C)スピン コーティング シリコン、 (B)プラズマ クリーニング シリコン シリコン (後アニール、クロロホルムで超音波処理)。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
4. PGMA -b- PVDMA インタ フェース向けの組立手順
メモ: この手順は、化学的に不活性の背景 (セクション 4.1) またはアプリケーションによって生物学的に不活性の背景 (セクション 4.2) を含む培地で実行できます。
5. カスタム PGMA -b- PVDMA マイクロ コンタクト印刷 (μCP)
図 2: ATR FTIR 測定処理 PDMS スタンプ (相対強度).(差込み A)裸の PDMS スタンプ角測定に問い合わせてください。(差込み B)TPS の接触角測定処理 PDMS スタンプ。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 3: PGMA -bの-PVDMA のソリューション シリコン基板上への μCP のセットアップします。手順は、手動ドリル プレス(A) 、 (B)の使用の PGMA -b- PVDMA 高分子で被覆された TPS 修飾 PDMS タイムスタンプを含む、 (C)プラズマ洗浄 2 × 2 cm のシリコン基板、および(D)両面テープ。
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接触角測定は PGMA b PVDMA とシリコンの機能化の評価に使用できます。図 1は、さまざまな処理手順の間にシリコン基板の接触角を示しています。プラズマ クリーニング シリコン基板の親水性の挙動を図 1 bに示します。高分子スピン コーティング、熱処理が 75 ° ± 1 ° の接触角(図 1C)
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本稿は PGMAbをパターニングする 3 つのアプローチ - PVDMA、それぞれ、一連の利点と欠点を持つ。パリレン レーザリフトオフ法によるパターン ブロック共重合体ミクロ ナノスケールの分解能で汎用性の高い方法です、他パターニング システム33,34,35の蒸着マスクとして使用されています。その比較的弱いの表面付着?...
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著者が明らかに何もありません。
この研究は、カンザス州立大学によって支えられました。本研究の一部は、ナノ相物質科学は、オークリッジ国立研究所で科学的なユーザー施設課、基礎エネルギー科学のオフィスと米国エネルギー省が主催、センターにて行われました。
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
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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