Fabrication de Surfaces réactives avec brosse-comme et Films réticulés de copolymères bloc Azlactone fonctionnalisés

Summary

Méthodes de fabrication de surface pour dépôt à motifs de nanomètre épais brosses ou micron épais, films de réticulé d’un copolymère bloc azlactone sont signalées. On discute des étapes expérimentales critiques, résultats représentatifs et limites de chaque méthode. Ces méthodes sont utiles pour créer des interfaces fonctionnelles avec les caractéristiques matérielles adaptées et réactivité de surface accordable.

Abstract

Dans cet article, les méthodes de fabrication qui génèrent de nouvelles surfaces à l’aide du copolymère bloc basé sur azlactone, poly (méthacrylate de glycidyle) –bloc– poly (vinyl-azlactone de diméthyle) (PGMA –b– PVDMA), sont présentés. En raison de la forte réactivité d’azlactone groupes amine, thiol et groupements hydroxyles, PGMA – surfaces de PVDMA –bpeuvent être modifiés avec des molécules secondaires pour créer des interfaces fonctionnalisés chimiquement ou biologiquement pour une variété d’applications. Précédents rapports des motifs PGMA –bPVDMA – interfaces ont utilisé des techniques de structuration de haut en bas traditionnel qui génèrent des films non uniforme et chimies de fond mal maîtrisée. Nous décrivons ici les techniques de structuration personnalisées qui permettent le dépôt précis de très homogènebPGMA -, PVDMA – films dans les milieux qui sont chimiquement inertes ou qui ont des propriétés biomolécule. Ce qui est important, ces méthodes sont conçues pour dépôt PGMA –bPVDMA – films d’une façon qui préserve totalement azlactone fonctionnalités par le biais de chaque étape du traitement. Films à motifs montrent des épaisseurs bien contrôlées qui correspondent aux brosses de polymère (~ 90 nm) ou à des structures hautement réticulé (~ 1-10 μm). Modèles de brosse sont générées en utilisant soit le Parylène Lift-off ou interface modes d’assemblage décrits et sont utiles pour une modulation précise de réactivité de surface dans l’ensemble chimique en ajustant soit le PGMA –bPVDMA – plan de la densité ou la longueur du bloc VDMA. En revanche, l’épaisseur, réticulé PGMA –b– PVDMA modèles sont obtenus en utilisant une technique d’impression micro-contact personnalisée et offrent l’avantage d’une charge plus élevée ou la capture de matières secondaires en raison de la surface supérieure aux ratios de volume. La procédure expérimentale détaillée, caractérisations de critique de film et des guides de dépannage pour chaque procédé de fabrication sont discutés.

Introduction

Développer des techniques de fabrication qui permettent un contrôle souple et précis de la fonctionnalité de surface chimique et biologique est souhaitable pour une variété d’applications, de la capture des contaminants de l’environnement de développement de prochaine génération biocapteurs, les implants et dispositifs^1,2en génie tissulaire. Polymères fonctionnels sont excellents matériaux pour le réglage des propriétés de surface par le biais de « greffe de » ou « greffage de » techniques³. Ces approches permettent pour le contrôle de la réactivité de surface basée sur les fonctionnalités chimiques du monomère et le poids moléculaire du polymère^4,5,6. Polymères à base de azlactone ont été intensément étudiés dans ce contexte, comme groupes azlactone couple rapidement avec les nucléophiles différents dans les réactions de l’ouverture du cycle. Cela inclut des amines primaires, alcools, thiols et des groupes de l’hydrazine, conférant ainsi une voie versatile à davantage la fonctionnalisation de surface^7,8. Films de polymère à base de azlactone ont été employés dans différents environnement et applications biologiques incluant analyte capturent^9,10, cellule culture^6,11et antisalissure / revêtement anti-adhésif¹². Dans de nombreuses applications biologiques, structuration des films de polymères azlactone à nano à des échelles de longueur micromètre est souhaitable pour faciliter le contrôle spatial de biomolécule présentation, interactions cellulaires, ou de moduler les interactions surface^{13, 14,15,16,17,18}. Donc les PROCEDES de fabrication devraient être élaborés pour offre uniformité modèle haut et épaisseur de film bien contrôlés, sans compromettre la fonctionnalité chimique¹⁹.

Récemment, Lokitz et coll. ont développé un PGMA –bPVDMA – copolymère à blocs qui était capable de manipuler la réactivité de surface. Couple de blocs PGMA aux surfaces porteuses d’oxyde, à rendement élevées et accordables densités de surface d’azlactone groupes de²⁰. Méthodes déclarées pour la structuration de ce polymère pour la création d’interfaces biofonctionnels autrefois les approches traditionnelles photolithographie de haut en bas qui a généré des films de polymère non uniforme avec des régions contaminées par des résidus matériau de résine photosensible, causant des niveaux élevés des interactions chimiques et biologiques non spécifiques^21,22,23. Ici, tentatives pour passiver les régions a causé une réaction croisée avec les groupes azlactone, compromettre la réactivité de polymère. Compte tenu de ces limitations, nous a récemment développé des techniques pour brosse le patterning (~ 90 nm) ou hautement réticulé (~ 1-10 μm) films de PGMA –b– PVDMA dans des milieux chimiquement ou biologiquement inertes d’une manière qui préserve totalement la substance chimique fonctionnalité du polymère²⁴. Ceux-ci ont présenté méthodes utilisent Parylène déjaugeage, axés sur l’interface de l’Assemblée (IDA) et par microcontact personnalisé des techniques d’impression (μCP). Les méthodes expérimentales très détaillées de ces approches de structuration, ainsi que les caractérisations de la critique de film et les défis et les limites associées à chaque technique sont présentés ici sous forme écrite et vidéo.

Protocol

1. PGMA -b- PVDMA synthèse20 Synthèse de l’agent de transfert des macro-chaîne PGMA (Macro-DEC) Utiliser un flask réaction de fond rond 250 mL équipé d’un bar de polytétrafluoroéthylène-enduit magnétique remuer. Combiner les 14,2 g de méthacrylate de glycidyle GMA (142.18 g/mol) 490,8 mg de 2-cyano-2-yle dodécyl trithiocarbonate (CPDT) (346.63 g/mol) et 87,7 mg de 2, 2′-azobis (4-méthoxy-2, 4-diméthyl valeronitrile) (V-70) (308.43 g/mol) (…

Representative Results

Mesures de l’angle de contact peuvent servir à évaluer la fonctionnalisation de silicium avec PGMA-b-PVDMA. La figure 1 illustre l’angle de contact du substrat silicium pendant les étapes de traitement différents. Comportement hydrophile du substrat silicium plasma nettoyé est indiqué dans la Figure 1 b. L’angle de contact après polymère spin coating et recuit est 75° ± 1°(Figure 1</stro…

Discussion

Cet article présente trois méthodes de structuration PGMA –b– PVDMA, chacun avec ses avantages et inconvénients. La méthode de décollage de Parylène est une méthode polyvalente pour la structuration des copolymères bloc au micro de résolution nanométrique et a été utilisée comme un masque de dépôts en autres structuration systèmes^33,34,35. À cause de son adhérence de surface relativement faible, le poc…

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	–