ブラシのような反応性表面を加工し、アズラクトン官能基化ブロック共重合体の架橋膜

Summary

ナノメートルの厚さのブラシまたはミクロン厚のパターン蒸着、アズラクトン ブロック共重合体の架橋膜の表面の作製方法が報告されます。重要な実験手順、代表的な結果、および各メソッドの制限事項を説明します。これらのメソッドは、合わせた物理的な特徴と可変の表面反応性機能的なインターフェイスの作成に役立ちます。

Abstract

本稿は、アズラクトン ベースのブロック共重合体、ポリ (メタクリル酸グリシジル) を使用して新規のサーフェスを生成する製造方法でブロック– ポリ (ビニル ジメチル アズラクトン) (PGMA-b– PVDMA) が表示されます。アミン、チオール、およびヒドロキシル グループに向かってアズラクトン グループの高い反応性のため様々 なアプリケーションに化学的または生物学的機能のインターフェイスを作成するセカンダリ分子と PGMAbの-PVDMA の面を変更できます。PGMA –b– PVDMA パターンのインターフェイスの以前の報告は、不均一膜と化学組成コントロール不良の背景を生成する従来のトップダウン パターニング手法を使用しています。ここでは、均一な PGMAb– PVDMA 薄膜の化学的に不活性であるまたは生体分子撥プロパティを持つ背景の正確な成膜を可能にするカスタマイズされたパターン化技術について述べる。重要なは、これらのメソッドは、処理順を追ってアズラクトン機能を完全に維持方法でデポジット PGMA-b– PVDMA 映画に設計されています。パターン フィルムを示すポリマー ブラシに対応する制御された厚さ (~ 90 nm) または高架橋構造 (1 ~ 10 μ m)。パリレン打上げを使用してブラシ パターンを生成またはインターフェイス監督か PGMA –b– PVDMA パターン密度を調整することによって説明したアセンブリ方法と全体的な表面反応の正確な変調のため役に立つかVDMA のブロックの長さ。対照的に、厚さ、架橋 PGMA –b– PVDMA パターンはカスタマイズされたマイクロ コンタクト印刷技術を用いて、高い読み込みの利点またはボリュームの比率に高い表面積のため二次素材のキャプチャを提供します。詳細な実験手順、臨界膜のキャラクタリゼーション、および各工法のトラブルシューティング ガイドを説明します。

Introduction

さまざまなアプリケーション、次世代の開発に環境汚染物質のキャプチャからの望ましいは化学と生物学の表面機能の汎用性と正確なコントロールを可能にする加工技術を開発バイオ センサー、インプラント、および組織エンジニア リング デバイス^1,2。機能性高分子材料は、「移植」や””技術³へ移植を介して表面特性を調整するための優秀な材料です。これらのアプローチでは、単量体の化学的機能、高分子^4,5,6の分子量に基づく表面の反応性の制御ができます。アズラクトン ベースのポリマー研究されている激しくないこのコンテキスト アズラクトン グループは急速に開環反応の異なる求核試薬とカップルに。これには、アミン、アルコール、チオール化合物、ヒドラジンのグループ、それによってさらに表面機能化^7,8の多彩なルートを提供するが含まれます。アズラクトン ベースのポリマー フィルムは、環境別で採用されているし、検体を含む生物学的応用をキャプチャ^9,10,^6,細胞文化¹¹及び防汚/非粘着コーティング¹²。多くの生物学的応用のマイクロメータ スケールに nano でアズラクトン高分子薄膜のパターニングが生体分子のプレゼンテーション、細胞間相互作用の空間的制御を容易にする表面相互作用^{13を調節するため望ましく 14,15,16,17,18}。したがって、化学機能¹⁹を損なうことがなく高いパターンの均一性と制御された膜厚を提供する製造方法を開発する必要があります。

近年, Lokitzらは、PGMA –b– PVDMA ブロック共重合体は表面の反応性を操作することができる.酸化軸受表面に PGMA ブロック カップル、アズラクトンの高と可変の表面密度を降伏²⁰をグループ化します。報告された方法による生体機能のインターフェイスの作成のこのポリマーをパターンが残留で汚染されたバック グラウンド地域と非一様高分子薄膜を生成伝統的なトップダウン フォトリソグラフィ アプローチを使用する以前フォトレジスト材料、非固有の化学的・生物学的相互作用^21,22,23の高レベルを引き起こします。ここでは、バック グラウンド地域に試みはアズラクトン グループ、高分子反応性を損なうことと交差反応を発生します。これらの制限事項は、我々 は最近ブラシをパターニング技術開発 (~ 90 nm) または PGMA-bの高架橋 (1 ~ 10 μ m) フィルム – 完全に化学物質を保持する方法で化学的または生物学的に不活性の背景に PVDMA高分子²⁴の機能。これらのメソッドはパリレン リフトオフ、インターフェイス指向アセンブリ (IDA) とカスタム μ 印刷 (μCP) 技術を利用します。パターニング方法と同様重要なフィルムの特性と課題と各テクニックに関連する制限する非常に詳細な実験方法は、書面、ビデオ形式でここに掲載されています。

Protocol

1. PGMA -bPVDMA 合成20 PGMA マクロ連鎖移動剤 (マクロ CTA) の合成 四フッ化エチレン樹脂コーティング電磁攪拌棒装備 250 mL 丸底反応 flask を使用します。 メタクリル酸グリシジル GMA の 14.2 g を組み合わせる (142.18 g/mol) 2-シアノ-2-プロピル ドデシル トリチオ炭酸 (CPDT) 490.8 mg (346.63 g/mol) と 2, 2 ‘-アゾビス (4-メトキシ-2, 4-ジメチル valeronitrile) 87.7 mg (V-70) …

Representative Results

接触角測定は PGMA b PVDMA とシリコンの機能化の評価に使用できます。図 1は、さまざまな処理手順の間にシリコン基板の接触角を示しています。プラズマ クリーニング シリコン基板の親水性の挙動を図 1 bに示します。高分子スピン コーティング、熱処理が 75 ° ± 1 ° の接触角(図 1C) <s…

Discussion

本稿は PGMAbをパターニングする 3 つのアプローチ – PVDMA、それぞれ、一連の利点と欠点を持つ。パリレン レーザリフトオフ法によるパターン ブロック共重合体ミクロ ナノスケールの分解能で汎用性の高い方法です、他パターニング システム^33,34,35の蒸着マスクとして使用されています。その比較的弱いの表面付着?…

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	–