Fabricación de superficies reactivas con cepillo y reticulado de copolímeros de bloque funcionalizados Azlactone
Summary
Métodos de fabricación de superficie para depósito con motivos de nanómetro gruesos pinceles o micrones espesor, películas del reticulado de un copolímero de bloque de azlactone se divulgan. Se discuten los pasos experimentales críticos resultados representativos y limitaciones de cada método. Estos métodos son útiles para crear interfaces funcionales con características físicas a medida y regulable reactividad superficial.
Abstract
En este papel, métodos de fabricación que generan superficies nuevas utilizando el copolímero de bloque base de azlactone, poli (Glicidil Metacrilato) –bloque– poli (vinilo azlactone de dimetil) (PGMA –b– PVDMA), se presentan. Debido a la alta reactividad de azlactone grupos amina, tiol y grupos hidroxilo, pueden modificarse PGMA –b– PVDMA las superficies con moléculas secundarias para crear interfaces de química o biológicamente funcionalizadas para una variedad de aplicaciones. Informes anteriores de modelado PGMA –b– PVDMA interfaces han utilizado técnicas tradicionales patrones de arriba-abajo que generan no uniforme películas y químicos de fondo mal controlada. Aquí, describimos técnicas diseño modificado para requisitos particulares que precisa depósito de altamente uniformes PGMA –b– PVDMA películas en fondos que son químicamente inertes o que tienen propiedades de repelente de biomoléculas. Lo importante, estos métodos están diseñados para depósito PGMA –b– PVDMA películas de una manera que preserva completamente azlactone de funcionalidad a través de cada paso de proceso. Con motivos de películas muestran espesores controlados que se corresponden con cepillos de polímero (~ 90 nm) o a las estructuras altamente reticulado (~ 1-10 μm). Motivos de pincel se generan usando ya sea el despegue de parileno o interfaz indica métodos de montaje descritos y son útiles para la modulación precisa de la reactividad superficial general química ajustando bien el PGMA –b– PVDMA patrón densidad o la longitud del bloque de VDMA. En contraste, el grueso, reticulado PGMA –b– PVDMA patrones se obtienen utilizando una técnica de impresión modificada para requisitos particulares de microcontacto y ofrecen la ventaja de mayor carga o captura de material secundario debido a la mayor área superficial a los cocientes del volumen. Se discuten pasos experimentales detallados, caracterizaciones de la película crítica y guías de solución de problemas para cada método de fabricación.
Introduction
Desarrollar técnicas de fabricación que permiten control versátil y preciso funcionalidad superficial químico y biológico es conveniente para una variedad de aplicaciones, desde la captura de contaminantes del medio ambiente para el desarrollo de próxima generación biosensores, implantes y dispositivos1,2de ingeniería de tejidos. Polímeros funcionales son excelentes materiales para el ajuste de propiedades de superficie a través de “injerto de” o “injerto” para técnicas3. Estos enfoques permiten control de reactividad superficial basada en la funcionalidad química del monómero y peso molecular del polímero4,5,6. Azlactone basado en polímeros han sido intensamente estudiados en este contexto, como grupos de azlactone rápidamente pareja con diferentes nucleófilos en reacciones de la anillo-abertura. Esto incluye alcoholes, tioles, aminas primarias y grupos de hidracina, proporcionando una ruta versátil más funcionalización de superficies7,8. Películas de polímero basado Azlactone han sido empleadas en diferentes ambientales y usos biológicos incluyendo analito9,10, célula cultura6,11y antiincrustantes / recubrimiento antiadhesivo12. En muchos usos biológicos, patrones azlactone películas de polímero en nano a escalas de longitud del micrómetro es deseable para facilitar el control espacial de la presentación de biomoléculas, interacciones celulares, o para modular las interacciones superficie13, 14,15,16,17,18. Por lo tanto, se deben desarrollar métodos de fabricación para ofrecer patrón alta uniformidad y espesor de la película bien controlados, sin comprometer la funcionalidad química19.
Recientemente, Lokitz et al desarrollaron un PGMA –b– PVDMA copolímero de bloque que era capaz de manipular la reactividad superficial. Par de bloques PGMA a las superficies de rodamiento de óxido, rendimiento alto y armoniosas densidades superficiales de azlactone grupos de20. Previamente reportados métodos para dibujo de este polímero para creación de interfaces biofuncional utilizan enfoques tradicionales de arriba-abajo de fotolitografía que generan películas de polímero no uniforme con regiones de fondo contaminadas con residuos material del photoresist, causando altos niveles de interacciones químicas y biológica no específica21,22,23. Aquí, intenta apaciguar las regiones fondo causado reacción cruzada con grupos azlactone, comprometer la reactividad del polímero. Teniendo en cuenta estas limitaciones, hemos desarrollado recientemente técnicas de dibujo a pincel (~ 90 nm) o altamente reticulado (~ 1-10 μm) películas de PGMA –b– PVDMA en química o biológicamente inertes fondos de una manera que conserva totalmente la sustancia química funcionalidad del polímero24. Estos presentan métodos utilizan parylene despegue, montaje dirigido por interfaz (IDA) y la técnicas de impresión de capas personalizadas (μCP). Métodos experimentales muy detallados para estos enfoques de diseño, así como caracterizaciones de la película crítica y desafíos y limitaciones asociadas con cada técnica se presentan aquí en formato escrito y video.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este artículo presenta tres enfoques para patrones PGMA –b– PVDMA, cada uno con su conjunto de ventajas y desventajas. El método de despegue de parylene es un método versátil para patrones de copolímeros de bloque en el micro a escala nanométrica resolución y se ha utilizado como una máscara de la deposición en otros patrones sistemas33,34,35. Debido a su adherencia superficial relativamente débil, la plantill…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue apoyada por la Universidad Estatal de Kansas. Una parte de esta investigación se llevó a cabo en el centro de Ciencias de materiales Nanophase, patrocinado por la división de servicios de usuario científica, oficina de ciencias básicas de energía y Departamento de energía de Estados Unidos en Oak Ridge National Laboratory.
Materials
| 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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