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

Denna forskning stöds av Kansas State University. En del av denna forskning har genomförts vid centrum för Nanophase material Sciences, som sponsras vid Oak Ridge National Laboratory av vetenskapliga användaren faciliteter Division, Office av grundläggande Energivetenskaper och US Department of Energy.

1. PGMA -b- PVDMA syntes20
<ol><li>Syntesen av PGMA makro-kedjan överföring agent (makro-CTA)<ol>
<li>Använd en 250 mL runda-botten reaktion ﬂask utrustade med polytetrafluoreten-belagd magnetiska rör bar.</li>
		<li>Kombinera 14,2 g av följande GMA (142.18 g/mol) med 490.8 mg 2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonate (CPDT) (346.63 g/mol), och 87,7 mg 2, 2 '-azobis (4-metoxi-2,4-dimetyl valeronitrile) (V-70) (308.43 g/mol) (molar förhållandet av CPDT: V-70 = 5:1), och bensen (...

Denna artikel presenterar tre metoder för mönstring PGMA -b- PVDMA, alla har sina fördelar och nackdelar. Metoden parylene lyft är en mångsidig metod för mönstring block sampolymerer på micro till nanoskala upplösning, och har använts som en nedfall mask i andra mallning system33,34,35. På grund av dess relativt svag yta adhesion, kan parylene stencilen enkelt avlägsnas från ytan av ultraljudsbehandling i e...

Utveckla fabrication tekniker som möjliggör mångsidiga och exakt kontroll av kemiska och biologiska ytan funktionalitet är önskvärt för en mängd olika tillämpningar, från fångst av miljögifter till utveckling av nästa generations biosensorer, implantat och Vävnadsrekonstruktion enheter1,2. Funktionella polymerer är utmärkta material för tuning ytegenskaper via ”ympning från” eller ”ympning till” tekniker3. Dessa tillvägagångssätt möjliggör kontroll av ytan reaktivitet baserat på kemiska funktionaliteten i monomeren och molekylvikt av polymer4,5,6. Azlactone-baserade polymerer har studerats intensivt i detta sammanhang som azlactone grupper snabbt par med olika nukleofiler i ringa-öppning reaktioner. Detta inkluderar primära aminer, alkoholer, tioler och hydrazin grupper, vilket ger en mångsidig rutt för ytterligare ytan funktionalisering7,8. Azlactone-baserade Polymerplaster har varit anställda i olika miljömässiga och biologiska applikationer inklusive analyten fånga9,10, cell kultur6,11, och antifouling / anti självhäftande beläggningar12. I många biologiska applikationer är mönstring azlactone Polymerplaster på nano till mikrometer längdskalor önskvärt att underlätta fysisk kontroll av biomolecule presentation, cellulära interaktioner, eller att modulera Ytinteraktioner13, 14,15,16,17,18. Därför bör fabrication metoder utvecklas för att erbjuda hög mönster enhetlighet och välkontrollerade filmtjocklek, utan att kompromissa med kemiska funktionalitet19.
Nyligen, Lokitz et al. utvecklat en PGMA -b- PVDMA block sampolymer som kunde manipulera ytan reaktivitet. PGMA block par till oxid-uthärda ytbehandlar, vilket ger hög och avstämbara ytan tätheter av azlactone grupper20. Tidigare används rapporterade metoder för mönstring denna polymer för skapandet av biofunctional gränssnitt traditionella uppifrån photolithography metoder som genererade icke-enhetlig Polymerplaster med bakgrunden områden förorenade med restvärde fotoresist material, orsakar höga nivåer av icke-specifika kemiska och biologiska interaktioner21,22,23. Här, orsakade försök att passiverande bakgrund regioner korsreaktion med azlactone grupper, att äventyra polymer reaktivitet. Med tanke på dessa begränsningar, vi nyligen utvecklat tekniker för mönstring borste (~ 90 nm) eller mycket tvärbundna (~ 1-10 μm) filmar av PGMA -b- PVDMA in i kemiskt eller biologiskt inert bakgrunder på ett sätt som helt bevarar kemiskt funktionaliteten i de polymer24. Dessa presenteras metoder utnyttja parylene lyft, interface-regisserad montering (IDA) och anpassade microcontact trycktekniker (μCP). Mycket detaljerade experimentella metoder för dessa mönster metoder, samt kritisk film karakteriseringar och utmaningar och begränsningar som är associerade med varje teknik presenteras här i skriftliga och 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 detta papper, framställningsmetoder som genererar nya ytor med den azlactone-baserade block kopolymer, poly (följande form) -block- poly (vinyl dimetyl azlactone) (PGMA -b- PVDMA), presenteras. På grund av höga reaktivitet av azlactone grupper mot amine och thiol hydroxylgrupper, kan PGMA -b- PVDMA ytor ändras med sekundära molekyler att skapa kemiskt eller biologiskt functionalized gränssnitt för en mängd tillämpningar. Tidigare rapporter av mönstrade PGMA -b- PVDMA gränssnitt har använt traditionella uppifrån mallning tekniker som genererar icke-enhetlig filmer och dåligt kontrollerad bakgrund kemiska sammansättningar. Här beskriver vi anpassade mallning tekniker som möjliggör exakt nedfall av mycket jämn PGMA -b- PVDMA filmar i bakgrunder som är kemiskt inert eller som har biomolecule-repellerande egenskaper. Ännu viktigare, är dessa metoder utformade för att insättning PGMA -b- PVDMA filmer på ett sätt som helt bevarar azlactone funktionalitet genom varje bearbetningssteg. Mönstrade filmer Visa välkontrollerade tjocklekar som motsvarar polymer borstar (~ 90 nm) eller till mycket tvärbundna strukturer (~ 1-10 μm). Penselmönster genereras med hjälp av antingen den parylene lyft eller gränssnitt regisserad montering metoder beskrivs och är användbara för exakt modulering av övergripande kemisk ytan reaktivitet genom att justera antingen PGMA -b- PVDMA mönster densitet eller den längden på blocket VDMA. Däremot tjockt, tvärbundna PGMA -b- PVDMA mönster erhålls med en anpassad tryckteknik micro-kontakt och erbjuder fördelen med högre lastning eller fångst av sekundära material på grund av högre yta till volym nyckeltal. Detaljerade experimentella steg, kritiska film karakteriseringar och felsökning guider för varje tillverkning metod diskuteras.

Kontaktvinkel mätningar kan användas för att utvärdera funktionalisering av kisel med PGMA-b-PVDMA. Figur 1 illustrerar kontakt vinkeln av kisel substrat under de olika bearbetningsstegen. Hydrofil beteende av plasma rengöras kisel substrat visas i figur 1B. Kontakt vinkel efter polymer spin beläggning och glödgning är 75° ± 1°(figur 1C) , vilket är förenligt med de...

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

Yta framställningsmetoder för mönstrade nedfall av nanometer tjock borstar eller micron tjock, tvärbundna filmer av en samtidig azlactone blockpolymer redovisas. Kritiska experimentella steg, representativa resultat och begränsningar av varje metod diskuteras. Dessa metoder är användbara för att skapa funktionella gränssnitt med skräddarsydda fysiska funktioner och avstämbara ytan reaktivitet.

Fabricera reaktiva ytor med borsta-gillar och tvärbundna filmer av Azlactone-Functionalized Block sampolymerer

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

Tillverka Metamaterial med den metod fiberdragning

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 och Mappa elektrodytorna i fast bränsleceller oxid

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

Tillverkning av Nano-engineered transparent ledande Oxider av pulsad 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

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 Deposition jämntjock Ge<sub&gt; 23</sub&gt; Sb<sub&gt; 7</sub&gt; S<sub&gt; 70</sub&gt; Och As<sub&gt; 40</sub&gt; S<sub&gt; 60</sub&gt; kalkogenidglas 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 värmeöverförings Enhancement på cylindriska ytor med Hybrid Vätbara Mönster

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

Tillverkning av ultra-tunn färg filmer med mycket absorberande medier med sned vinkel nedfall

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

Tillverkning av superhydrofobt metallytor för förhindra isbildning 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

Skalbar stämpelutskrift och tillverkning av Hemiwicking ytor

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-Assisted molekylär stråle epitaxy tillväxt av mg3n2 och Zn3n2 tunna 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 ...