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 forskningen ble støttet av Kansas State University. En del av denne forskningen ble utført ved Center for Nanophase materialer fag, som er sponset ved Oak Ridge National Laboratory av vitenskapelige bruker fasiliteter divisjon, Office for energi basalfag og U.S. Department of Energy.

1. PGMA -b- PVDMA syntese20
<ol><li>Syntese av PGMA makro-kjeden forflytning agent (makro-CTA)<ol>
<li>Bruke en 250-mL runde bunn reaksjon ﬂask utstyrt med en polytetrafluoroethylene-belagt magnetic røre bar.</li>
		<li>Kombinere 14,2 g glycidyl methacrylate GMA (142.18 g/mol) med 490.8 mg av 2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonate (CPDT) (346.63 g/mol), og 87.7 mg 2, 2 '-azobis (4-metoksy-2,4-dimethyl valeronitrile) (V-70) (308.43 g/mol) (molar forholdet mellom CPDT: V-70 = 5:1), ...

Denne artikkelen presenterer tre tilnærminger til mønster PGMA -b- PVDMA, hver med sitt sett med fordeler og ulemper. Metoden parylene lift-off er en allsidig metode for mønstre blokk co polymerer på micro nanoskala oppløsning, og har vært brukt som deponering maske i andre mønstre systemer33,34,35. På grunn av sin relativt svake overflaten vedheft, kan sjablongen parylene enkelt fjernes fra overflaten av sonica...

Utvikle fabrikasjon teknikker som tillater for allsidig og presis kontroll av kjemiske og biologiske overflaten funksjonalitet er ønskelig for en rekke applikasjoner, fra fangst av miljøgifter til utvikling av neste generasjon biosensors, implantater og vev engineering enheter1,2. Funksjonell polymerer er utmerket materiale for tuning overflateegenskaper gjennom "pode fra" eller "pode å" teknikker3. Disse metodene tillater kontroll over overflaten reaktivitet basert på kjemiske funksjonaliteten til monomer og molekylvekt av polymer4,5,6. Azlactone-baserte polymerer har vært intenst undersøkt i denne sammenheng som azlactone grupper raskt par med forskjellige nucleophiles i ring-åpning reaksjoner. Dette inkluderer primære aminer, alkoholer, thiols og hydrazine grupper, derved skaffer en allsidig rute for ytterligere overflate functionalization7,8. Azlactone-baserte polymer filmer har vært ansatt i ulike miljø og biologisk programmer inkludert analytt fange9,10, celle kultur6,11og anti-fouling / anti-lim belegg12. Mange biologiske programmer er mønstre azlactone polymer filmer på nano til mikrometer lengde skalaer ønskelig å lette romlige kontroll over biomolecule presentasjon, mobilnettet interaksjoner, eller å modulere overflaten interaksjoner13, 14,15,16,17,18. Fabrikasjon metoder bør derfor bygges for å tilby høy mønster ensartethet og godt kontrollerte filmen tykkelse, uten at kjemiske funksjonalitet19.
Nylig utviklet Lokitz et al. en PGMA -b- PVDMA blokk kopolymer som var i stand til å manipulere overflaten reaktivitet. PGMA blokker par oksid rentebærende overflater, gir høy og tunable overflaten tettheter av azlactone grupper20. Tidligere brukt rapporterte metoder for mønstre dette polymer for etableringen av biofunctional grensesnitt tradisjonell topp-ned klima og jordsmonn tilnærminger som genererte ikke-uniform polymer filmer med bakgrunn områder forurenset med gjenværende photoresist materiale, forårsaker høye nivåer av ikke-spesifikk kjemiske og biologiske interaksjoner21,22,23. Her, forårsaket forsøk på å passivate bakgrunn regioner kryssreaksjon med azlactone grupper, akkord polymer reaktivitet. Vurderer disse begrensningene vi nylig utviklet teknikker for mønstre pensel (~ 90 nm) eller svært krysskoblet (~ 1-10 μm) filmer av PGMA -b- PVDMA i kjemisk eller biologisk inert bakgrunner på en måte som helt bevarer kjemiske funksjonaliteten til polymer24. Dette presenterte metoder benytter parylene lift-off grensesnitt-rettet montering (IDA) og egendefinerte microcontact utskrift (μCP) teknikker. Svært detaljerte eksperimentelle metoder for disse mønstre tilnærminger, samt kritiske filmen karakterisering og utfordringer og begrensninger forbundet med hver teknikk presenteres 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 papiret, fabrikasjon metoder som genererer romanen flater med den azlactone-baserte blokk co polymer, poly (glycidyl methacrylate) -blokk- poly (vinyl dimethyl azlactone) (PGMA -b- PVDMA), presenteres. På grunn av den høye reaktivitet av azlactone mot Amin, thiol og hydroksyl grupper, kan PGMA -b- PVDMA overflater endres med sekundær molekyler å lage kjemisk eller biologisk functionalized grensesnitt for en rekke applikasjoner. Tidligere rapporter om mønstret PGMAb- PVDMA grensesnitt har brukt tradisjonelle ovenfra og ned mønstre teknikker som genererer ikke-uniform filmer og dårlig kontrollert bakgrunn kjemikalier. Her beskriver vi tilpasset mønstre teknikker som nøyaktig deponering av svært ensartet PGMA -b- PVDMA filmer i bakgrunner som er kjemisk inert eller som har biomolecule frastøtende egenskaper. Disse metodene er viktigere, utformet innskudd PGMA -b- PVDMA filmer på en måte som helt bevarer azlactone funksjonalitet gjennom hvert. Mønstret filmene godt kontrollerte tykkelser som tilsvarer polymer børster (~ 90 nm) eller svært krysskoblet strukturer (~ 1-10 μm). Pensel mønstre genereres ved hjelp av enten parylene lift-off eller grensesnitt regissert montering metoder beskrevet og er nyttig for presis modulering av samlet kjemiske overflaten reaktivitet ved å justere enten PGMA -b- PVDMA mønster tetthet eller lengden på VDMA blokken. Derimot tykke, krysskoblet PGMA -b- PVDMA mønstre er hentet ved hjelp av tilpassede Utskriftsteknikk som mikro-kontakt og tilbyr nytte av høyere lasting eller fangst av sekundær materiale på grunn av høyere areal til volum prosenter. Detaljert fremgangsmåte for eksperimentell, kritiske filmen karakteristikkene og feilsøking guider for hver fabrikasjon metode diskuteres.

Kontakt vinkel målinger kan brukes til å evaluere functionalization silisium med PGMA-b-PVDMA. Figur 1 viser kontakt vinkelen av silisium underlaget under forskjellige behandlingstrinnene. Hydrofile oppførsel av plasma renset silisium underlaget er vist i figur 1B. Kontakt vinkel etter polymer spinn belegg og annealing er 75° ± 1°(figur 1C) som er konsekvente med verdiene ...

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

Overflaten fabrikasjon metoder for mønstret deponering av nanometer tykk børster eller mikron tykk, krysskoblet filmer av en azlactone blokk co polymer rapporteres. Kritisk eksperimentelle trinn, representant resultater og begrensningene for hver metode diskuteres. Disse metodene er nyttige for å lage funksjonelle grensesnitt med skreddersydd fysiske funksjoner og tunable overflaten reaktivitet.

Fabrikere reaktive overflater med børste som og krysskoblet filmer av Azlactone-Functionalized blokk 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

Fabrikkere Metamaterials Bruke 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 kartlegging Elektrode Overflater 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

Fabrikasjon av Nano-konstruert transparent gjennomføre Oksider av pulset laser Nedfall

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

Elektro Nedfall av jevn 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; 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-Koke Heat-Transfer Enhancement på sylinderflater med Hybrid Fukt 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

Fabrikasjon av ultra tynn farge filmer med svært absorberende Media med skrå vinkel avsetning

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

Fabrikasjon av Superhydrophobic metallflater for anti-glasur programmer

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 stempeltrykk og fabrikasjon av Hemiwicking overflater

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-assistert molekylær stråle Epitaxy vekst av mg3n2 og Zn3n2 tynne filmer

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 ...