Name: fabricating reactive surfaces with brush-like and crosslinked films of azlactone-functionalized block co-polymers
Uploaded: 2018-06-30T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers at JoVE.com

Denne forskning blev støttet af Kansas State University. En del af denne forskning blev udført på Center for Nanophase materialer videnskaber, der er sponsoreret på Oak Ridge National Laboratory af videnskabelige bruger faciliteter Division, Office of grundlæggende energi Sciences og US Department of Energy.

1. PGMA -b- PVDMA syntese20
<ol><li>Syntese af PGMA makro-kæde transfer agent (makro-CTA)<ol>
<li>Bruge en 250 mL runde-bunden reaktion ﬂask udstyret med en Teflon-belagt magnetiske rør bar.</li>
		<li>Kombinere 14.2 g af glycidyl methacrylat GMA (142.18 g/mol) med 490.8 mg 2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonate (CPDT) (346.63 g/mol), og 87,7 mg af 2, 2 '-azobis (4-methoxy-2,4-dimethyl valeronitrile) (V-70) (308.43 g/mol) (molære forhold for CPDT: V-70 = 5:1), og benzen (100 mL)...

Denne artikel præsenterer tre tilgange til mønster PGMA -b- PVDMA, hver med sit sæt af fordele og ulemper. Metoden parylene lift-off er en alsidig metode til mønster block Co polymerer på micro nanoskala resolution, og har været brugt som en aflejring maske i andre mønstre systemer33,34,35. På grund af sin relativt svage overflade vedhæftning, kan parylene stencil let fjernes fra overfladen ved hjælp af sonike...

Udvikle fabrication teknikker, der giver mulighed for alsidig og præcis kontrol af kemiske og biologiske overflade funktionalitet er ønskeligt for en lang række applikationer, fra erobringen af miljøforurenende til udvikling af næste generation biosensorer, implantater og tissue engineering enheder1,2. Funktionelle polymerer er fremragende materialer til tuning overfladeegenskaber gennem "podning fra" eller "podning til" teknikker3. Disse tilgange giver mulighed for kontrol af overflade reaktivitet baseret på monomeren kemisk funktionalitet og molekylvægt af polymer4,5,6. Azlactone-baserede polymerer er blevet intenst undersøgt i denne forbindelse som azlactone grupper hurtigt par med forskellige nukleofiler i ring-åbning reaktioner. Dette omfatter primær aminer, alkoholer, dithioler og hydrazin grupper, hvilket giver en alsidig rute for yderligere overflade functionalization7,8. Azlactone-baserede polymer film har været ansat i forskellige miljømæssige og biologisk programmer herunder analysand fange9,10, celle kultur6,11, og groedehindrende / anti-klæbende belægninger12. I mange biologiske programmer er mønster azlactone polymer film på nano til mikrometer længdeskalaer ønskeligt at lette fysisk kontrol af biomolekyle præsentation, cellulære vekselvirkninger, eller til at modulere overflade interaktioner13, 14,15,16,17,18. Fabrikation metoder bør derfor udvikles for at tilbyde høj mønster ensartethed og velkontrollerede filmtykkelse, uden at kompromittere kemisk funktionalitet19.
For nylig, Lokitz et al. udviklet en PGMA -b- PVDMA blokcopolymer som var i stand til at manipulere overflade reaktivitet. PGMA blokke par oxid-bærende overflader, hvilket giver høj og afstemmelige overflade tætheder af azlactone grupper20. Tidligere anvendes rapporteret metoder til mønster denne polymer for oprettelsen af biofunctional grænseflader traditionelle top-down fotolitografi tilgange, der genererede uensartet polymer film med baggrunden områder forurenet med resterende photoresist materiale, hvilket medfører høje niveauer af ikke-specifikke kemiske og biologiske vekselvirkninger21,22,23. Her, forårsaget forsøg på at passivering baggrund regioner krydsreaktion med azlactone grupper, at kompromittere polymer reaktivitet. I betragtning af disse begrænsninger, vi for nylig udviklet teknikker til mønster børste (~ 90 nm) eller stærkt krydsbundet (~ 1-10 μm) film af PGMA -b- PVDMA til kemisk eller biologisk inaktivt baggrunde på en måde, der helt bevarer kemiske funktionaliteten af polymer24. Disse præsenterede metoder udnytte parylene lift-off, interface-instrueret Forsamling (IDA) og brugerdefinerede microcontact (μCP) trykteknikker. Meget detaljerede eksperimentelle metoder for disse mønstre tilgange, samt kritisk film beskrivelser og udfordringer og begrænsninger i forbindelse med hver teknik præsenteres her i skriftlig og video format.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Material</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol, &#8805; 99.5%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>459844</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HCL, 1.019 N in H2O</td>
			<td>Fluka Analytical</td>
			<td>318949</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone, &#8805; 99.5%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>320110</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Benzene, &#8805; 99.9%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>270709</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropanol, ACS reagent, &#8805;99.5%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>190764</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hexane</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>H292-4</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Argon</td>
			<td>Matheson Gas</td>
			<td>G1901175</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrahydrofuran (THF), &#8805; 99.9%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>401757</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pluronic F-127</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P2443</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polydimethyl Siloxane (PDMS) Slygard 184</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>4019862</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trichloro (1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl) silane (TPS), 97%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>448931</td>
			<td>It is toxic. Work with it under hood</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anhydrous Chloroform, &#8805; 99%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>372978</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Positive Photoresist AZ1512</td>
			<td>MicroChemicals</td>
			<td>AZ 1512</td>
			<td>amber-red liquid, density 1.083 g/cm3, spin coating step should be done under the hood</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Developer AZ 300 MIF</td>
			<td>MicroChemicals</td>
			<td>AZ300 MIF</td>
			<td>clear colourless liquid with slight amine odor and density of 1 g/cm3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,2-Vinyl-4,4- dimethyl azlactone (VDMA)</td>
			<td>Isochem North America, LLC</td>
			<td>VDMA</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonate (CPDT)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>723037</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2,2&#8242;-Azobis (4methoxy-2,4-dimethyl valeronitrile) (V-70)</td>
			<td>Wako Specialty Chemicals</td>
			<td>CAS NO. 15545-97-8, EINECS No. 239-593-8</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parylene N</td>
			<td>Specialty Coating Systems</td>
			<td>15B10004</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parylene Coater</td>
			<td>Specialty Coating Systems</td>
			<td>SCS Labcoater (PDS 2010)</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mask alignment system</td>
			<td>Neutronix Quintel</td>
			<td>NXQ8000</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen Plasma Etcher</td>
			<td>Oxford Instruments</td>
			<td>Plasma Lab System 100</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surface Profilometer</td>
			<td>Veeco</td>
			<td>Dektak 150</td>
			<td>Scan type was standard hill. Scan duration and force were 120 s and 1 mg, respectively.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brightfield Upright Microscope</td>
			<td>Olympus Corporation</td>
			<td>BX51</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen Plasma&#160; Cleaner</td>
			<td>Harrick Plasma</td>
			<td>PDC-001-HP</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR)</td>
			<td>Perkin Elmer</td>
			<td>ATR-FTIR 100</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Atomic Force Microscopy (AFM)</td>
			<td>PicoPlus</td>
			<td>Picoplus atomic force microscope</td>
			<td>Veeco MLCT-E cantilevers with a 0.5 N/m spring constant. Scan speeds varied between 0.25 and 1 Hz.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning Electron Microscopy (SEM)</td>
			<td>Hitachi Science Systems Ltd., Tokyo, Japan</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary Tool Workstation</td>
			<td>Dremel</td>
			<td>Model 220-01</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin Coater</td>
			<td>Smart Coater</td>
			<td>SC100</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum Oven</td>
			<td>Yamato Scientific Co.</td>
			<td>PCD-C6(5)000)</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Size Exclusion Chromatography (SEC)</td>
			<td>Waters Alliance 2695 Separations Module</td>
			<td>720004547EN</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Refractive Index (RI) detector</td>
			<td>Waters</td>
			<td>Model 2414</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photodiode Array Detector</td>
			<td>Waters</td>
			<td>Model 2996, 716001286</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multi-angle Light Scattering (MALS) Detector</td>
			<td>Wyatt Technology</td>
			<td>miniDAWN TREOS II</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Viscometer</td>
			<td>Wyatt Technology</td>
			<td>Viscostar</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PLgel 5 &#181;m mixed-C columns (300 x 7.5 mm)</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>5 &#181;m mixed-C columns</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ellipsometer</td>
			<td>J. A. Woollam</td>
			<td>alpha-SE</td>
			<td>Cauchy model, PGMA and PVDMA layers had refractive indices of 1.50 and 1.52 at 632 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic Sonicator</td>
			<td>Fischer Scientific</td>
			<td>FS-110H</td>
			<td>-</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabricating reactive surfaces with brush-like and crosslinked films of azlactone-functionalized block co-polymers

I dette papir, fabrikation metoder, der genererer nye overflader ved hjælp af azlactone-baseret blok Co-polymer, poly (glycidyl methylmethacrylat) -blok- poly (vinyl dimethyl azlactone) (PGMA -b- PVDMA), præsenteres. Høj reaktivitet af azlactone grupper mod Amin, thiol og hydroxylgrupper, kan PGMA -b- PVDMA overflader ændres med sekundære molekyler til at skabe kemisk eller biologisk functionalized grænseflader til en lang række applikationer. Tidligere rapporter af mønstrede PGMA -b- PVDMA grænseflader har brugt traditionel topstyret mønstre teknikker, der genererer uensartet film og dårligt kontrolleret baggrund kemi. Her beskriver vi tilpassede mønstre teknikker, der gør det muligt præcist deposition af meget ensartet PGMA -b- PVDMA film i baggrunde, der er kemisk inert, eller som har biomolekyle-frastødende egenskaber. Vigtigere, er disse metoder designet til indbetaling PGMA -b- PVDMA film på en måde, der helt bevarer azlactone funktionalitet gennem hver behandlingstrin. Mønstrede film Vis velkontrollerede tykkelser, der svarer til polymer pensler (~ 90 nm) eller stærkt krydsbundet strukturer (~ 1-10 μm). Penselmønstre genereres ved hjælp af enten parylene lift-off eller grænseflade instrueret forsamling metoder beskrevet og er nyttige for præcise graduering af samlede kemiske overflade reaktivitet ved at justere enten PGMA -b- PVDMA mønster tætheden eller den længde af VDMA blok. Derimod tykt crosslinked PGMA -b- PVDMA mønstre er opnået ved hjælp af et tilpassede mikro-kontakt teknik og tilbyder fordel for højere lastning eller erobringen af sekundært materiale på grund af højere areal til volumen nøgletal. Detaljerede eksperimenterende trin, kritiske film beskrivelser og fejlfinding guider for hver fabrikationsanlæg metode diskuteres.

Kontakt vinkel målinger kan bruges til at vurdere functionalization af silicium med PGMA-b-PVDMA. Figur 1 skildrer den kontakte vinkel af silicium substrat under de forskellige behandlingstrin. Hydrofile opførsel af plasma renses silicium substrat er vist i figur 1B. Kontakt vinklen efter polymer spin coating og udglødning er 75° ± 1°(figur 1C) som er konsistent med de væ...

Watch this Scientific Journal Video about Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers at JoVE.com

Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers

Overflade fabrikation metoder for mønstrede aflejring af nanometer tyk pensler eller mikron tyk, crosslinked film af en azlactone blok Co-polymer er rapporteret. Kritiske eksperimenterende trin, repræsentative resultater og begrænsninger af hver metode diskuteres. Disse metoder er nyttige til at skabe funktionelle grænseflader med skræddersyede fysiske funktioner og afstemmelige overflade reaktivitet.

Opdigte reaktive overflader med børste-agtig og Crosslinked film af Azlactone-Functionalized blok Co polymerer

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Opdigte Metamaterialer Brug af Fiber Tegning Method

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Sondering og kortlægning elektrodeoverflader i Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Fremstilling af Nano-manipuleret ledende gennemsigtige Oxider af Impuls Laser Deposition

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Enkeltlags Kontakt doping af silicium overflader og nanotråde Brug organophosphorforbindelser

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

Elektrospraymassespek Deposition af ensartet tykkelse Ge<sub&gt; 23</sub&gt; Sb<sub&gt; 7</sub&gt; S<sub&gt; 70</sub&gt; Og As<sub&gt; 40</sub&gt; S<sub&gt; 60</sub&gt; chalcogenid Glas Films

Solution-based electrospray film deposition, which is compatible with continuous, roll-to-roll processing, is applied to chalcogenide glasses. Two ...

Pool-Boiling Heat-Transfer Enhancement on Cylindrical Surfaces with Hybrid Wettable Patterns

Pool-Kogning Heat-Transfer Enhancement på cylindriske flader med Hybrid Fugtelige Mønstre

In this study, pool-boiling heat-transfer experiments were performed to investigate the effect of the number of interlines and the orientation of the ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

Fabrikation af ultra-tynde farve film med meget absorberende medier bruger skråt Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

Fabrikation af Superhydrophobic Metal overflader for anti-Icing applikationer

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in ...

Scalable Stamp Printing and Fabrication of Hemiwicking Surfaces

Skalerbar stempel udskrivning og fabrikation af Hemiwicking overflader

Hemiwicking is a process where a fluid wets a patterned surface beyond its normal wetting length due to a combination of capillary action and imbibition. ...

Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy Growth of Mg3N2 and Zn3N2 Thin Films

Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy Growth of Mg3N2 and Zn3N2 Thin Films

Plasma-assisteret molekyl stråle Epitaxy-vækst på mg3n2 og Zn3n2 tynde film

This article describes a procedure for growing Mg3N2 and Zn3N2 films by plasma-assisted molecular beam epitaxy (MBE). The films are grown on 100 oriented ...