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

Dit onderzoek werd gesteund door Kansas State University. Een deel van dit onderzoek werd uitgevoerd in het midden voor Nanophase Materials Sciences, die bij het Oak Ridge National Laboratory wordt gesponsord door de wetenschappelijke gebruiker voorzieningen Division, de Office of Basic Energy Sciences en het Amerikaanse ministerie van energie.

1. PGMA -b- PVDMA synthese20
<ol><li>Synthese van de agent van de postoverdracht PGMA macro-keten (Macro-CTA)<ol>
<li>Gebruik een 250 mL ronde bodem reactie ﬂask uitgerust met een magnetische roer polytetrafluorethyleen beklede bar.</li>
		<li>14.2 g glycidyl methacrylaat GMA combineren (142.18 g/mol) met 490.8 mg 2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonate (CPDT) (346.63 g/mol), en 87,7 mg 2, 2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethyl valeronitrile) (V-70) (308.43 g/mol) (molaire verhouding v...

Dit artikel presenteert drie benaderingen voor het patronen PGMA -b- PVDMA, elk met een set van voor- en nadelen. De methode van de astronauten parylene is een veelzijdige methode voor patronen blok co polymeren op micro nanoschaal resolutie, en is gebruikt als een masker van de depositie in andere patronen systemen33,34,35. Als gevolg van de relatief zwakke oppervlakte adhesie, kan de parylene stencil gemakkelijk worde...

Ontwikkeling van fabricage technieken waarmee voor veelzijdige en nauwkeurige bediening van chemische en biologische oppervlakte functionaliteit is het wenselijk dat een scala aan toepassingen, van de vangst van milieucontaminanten tot ontwikkeling van de volgende generatie biosensoren, implantaten en weefsel engineering apparaten1,2. Functionele polymeren zijn uitstekende materialen voor het afstemmen van de oppervlakte-eigenschappen via "van enting" of "enten te" technieken3. Deze benaderingen zorgen voor controle van de oppervlakte reactiviteit op basis van de chemische functionaliteit van het monomeer en molecuulgewicht van het polymeer4,5,6. Azlactone gebaseerde polymeren zijn intens bestudeerd in dit verband, zoals azlactone groepen snel koppel met verschillende nucleofiel in ring-opening reacties. Het gaat hierbij om primaire amines, hydrazine groepen, waardoor een veelzijdige route voor verdere oppervlakte functionalization7,8, alcoholen en thiolen. Azlactone gebaseerde polymeerlagen hebben gewerkt in verschillende milieu en biologische toepassingen met inbegrip van de analyt vangen9,10,6,11van de cultuur van de cel en anti-fouling / anti-lijm coatings12. In veel biologische toepassingen is patronen azlactone polymeerlagen op nano naar micrometer lengte schalen wenselijk ter vergemakkelijking van de ruimtelijke besturing van Biomolecuul presentatie, cellulaire interacties, of te moduleren oppervlakte interacties13, 14,,15,16,17,18. Daarom moeten fabricage methoden worden ontwikkeld om het bieden van hoge patroon uniformiteit en goed gecontroleerde laagdikte, zonder chemische functionaliteit19.
Onlangs, Lokitz et al. ontwikkeld een PGMA -b- PVDMA blokcopolymeer die kon manipuleren van oppervlakte reactiviteit. PGMA blokken paar op oxide-bevattende oppervlakken, opbrengst van hoge en afstembare oppervlakte dichtheden van azlactone20groepen. Eerder gerapporteerde methoden voor de elementen van dit polymeer voor oprichting van biofunctionele interfaces gebruikt traditionele topdown fotolithografie benaderingen die niet-uniforme polymeerlagen gegenereerd met achtergrond gebieden besmet met resterende Fotoresist materiaal, waardoor hoge niveaus van niet-specifieke chemische en biologische interacties21,22,23. Hier, veroorzaakt pogingen om passivate achtergrond regio's kruisreactie met azlactone groepen, polymeer reactiviteit in gevaar te brengen. Gezien deze beperkingen, wij onlangs ontwikkelde technieken voor borstel patronen (~ 90 nm) of zeer kruisverwijzende (~ 1-10 μm) films van PGMA -b- PVDMA in biologisch of chemisch inert achtergronden op een wijze die volledig de chemische behoudt functionaliteit van de polymeer-24. Deze methoden gepresenteerd gebruiken parylene lanceerraket, interface geleide vergadering (IDA) en druktechnieken (μCP) voor aangepaste microcontact. Zeer gedetailleerde experimentele methoden voor deze patronen benaderingen, evenals de kritische film karakterisaties en de uitdagingen en de beperkingen die zijn gekoppeld aan elke techniek worden hier voorgesteld in schriftelijke en video formaat.

<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

In deze paper, fabricage methoden die het genereren van nieuwe oppervlakken met behulp van de azlactone gebaseerde blok co-polymeer, poly (glycidyl methacrylaat) -blok- poly (vinyl dimethyl azlactone) (PGMA -b- PVDMA), worden gepresenteerd. Als gevolg van de hoge reactiviteit van azlactone groepen richting amine, thiol en hydroxylgroepen, kunnen PGMA -b- PVDMA oppervlakken worden gewijzigd met secundaire moleculen maken chemisch of biologisch matiemaatschappij interfaces voor allerlei toepassingen. Eerdere verslagen voor patroon PGMA -b- PVDMA interfaces hebt gebruikt traditionele patronen van de top-down technieken die niet-uniforme films en slecht gecontroleerde achtergrond oplossingen genereren. Hier beschrijven we aangepaste patronen technieken waarmee nauwkeurige afzetting van zeer uniforme PGMA -b- PVDMA films in achtergronden die chemisch inert of die Biomolecuul repellent eigenschappen hebben. Nog belangrijker is, zijn deze methoden ontworpen om storting PGMA -b- PVDMA films op een wijze die volledig azlactone functionaliteit door elke stap van de verwerking behoudt. Gedessineerde films tonen goed gecontroleerde diktes die met polymeer borstels corresponderen (~ 90 nm) of zeer kruisverwijzende structuren (~ 1-10 μm). Penseelpatronen worden gegenereerd met behulp van hetzij de parylene lift-off of interface regie assemblage methoden beschreven en nuttig voor precieze modulatie van de totale chemische reactiviteit van de oppervlakte van beide de PGMA -b- PVDMA patroon dichtheid aan te passen of de lengte van de VDMA blok. In tegenstelling, de dikke, kruisverwijzende PGMA -b- PVDMA patronen zijn verkregen met behulp van een aangepaste micro-contact-Druktechniek en bieden het voordeel van hogere laden of inname van secundair materiaal als gevolg van de hogere oppervlakte tot volume verhoudingen. Gedetailleerde experimentele stappen, kritische film karakterisaties, en oplossen van problemen gidsen voor elke productie-methode worden besproken.

Contacthoek metingen kunnen worden gebruikt om te evalueren van de functionalization van silicium met PGMA-b-PVDMA. Figuur 1 toont de contacthoek van het substraat van silicium tijdens de verschillende stappen. Hydrofiele gedrag van het plasma gereinigd silicon substraat is afgebeeld in figuur 1B. De contacthoek nadat polymeer spin coating en gloeien 75° ± 1 is °(figuur 1C) <...

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

Oppervlakte fabricage methoden voor patroon afzetting van nanometer dik borstels of micron dik, kruisverwijzende films van een azlactone blok co-polymeer worden gemeld. Kritische experimentele stappen, representatieve resultaten en beperkingen van elke methode worden besproken. Deze methoden zijn handig voor het creëren van functionele interfaces met op maat gemaakte fysieke kenmerken en afstembare oppervlakte reactiviteit.

Fabriceren van reactieve oppervlakken met borstel-achtige en kruisverwijzende Films van Azlactone-matiemaatschappij blok co-polymeren

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

Fabriceren Metamaterialen Met behulp van de Fiber tekenmethode

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

Indringende en in kaart brengen van elektrode-oppervlakken in 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

Fabricage van Nano-engineered transparante geleidende oxides door gepulste laser depositie

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

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

Electrospray Afzetting van uniforme dikte Ge<sub&gt; 23</sub&gt; Sb<sub&gt; 7</sub&gt; S<sub&gt; 70</sub&gt; En As<sub&gt; 40</sub&gt; S<sub&gt; 60</sub&gt; Chalcogenide Glass 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-Boiling Heat-Transfer Enhancement op cilindrische oppervlakken met Hybrid Bevochtigbare Patterns

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

Fabricage van Films van de ultra-dunne kleur met zeer absorberen van Media met behulp van schuine hoek depositie

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

Fabricage van Superhydrophobic metalen oppervlakken voor anti-slagroom toepassingen

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

Schaalbare stempel drukken en fabricage van Hemiwicking oppervlakken

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-geassisteerde moleculaire straal epitaxy groei van mg3n2 en Zn3n2 dunne films

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 ...