Fabricação de superfícies reativas com escova, como filmes de quitosana de polímeros co bloco Azlactone-acrescida e
Summary
Métodos de fabricação de superfície por deposição estampada de pincéis grossos nanômetros ou mícrons de espessura, filmes de quitosana de um polímero de co azlactone bloco são relatados. Passos críticos experimentais, resultados representativos e limitações de cada método são discutidas. Esses métodos são úteis para a criação de interfaces funcionais com características físicas adaptadas e reatividade de superfície ajustável.
Abstract
Neste trabalho, métodos de fabricação que geram novas superfícies usando o bloco baseado em azlactone co polímero, poli (metacrilato de glicidílicos) –bloco– poli (vinil azlactone de dimetil) (PGMA –b– PVDMA), são apresentados. Devido a alta reatividade do azlactone grupos amina, tiol e grupos hidroxila, PGMA –b– PVDMA as superfícies podem ser modificadas com moléculas secundárias para criar interfaces quimicamente ou biologicamente funcionais para uma variedade de aplicações. Relatórios anteriores de interfaces padronizadas PGMA –b– PVDMA utilizaram técnicas tradicionais de cima para baixo de padronização que geram filmes não-uniforme e químicas de fundo mal controlada. Aqui, descrevemos técnicas de padronização personalizados que permitem a deposição precisa de altamente uniforme PGMA –b– PVDMA filmes em fundos que são quimicamente inertes, ou que têm propriedades de repelente de biomolécula. Importante, esses métodos são projetados para depósito PGMA –b– PVDMA filmes em uma maneira que preserve completamente azlactone funcionalidade através de cada etapa de processamento. Filmes estampados mostram espessuras bem controladas que correspondem às escovas de polímero (~ 90 nm) ou a estruturas de quitosana altamente (~ 1-10 μm). Padrões de pincel são gerados usando qualquer à decolagem parylene ou interface dirigida métodos de montagem descritos e são úteis para modulação precisa da reatividade geral química de superfície, ajustando também a PGMA –b– PVDMA padrão densidade ou o comprimento do bloco VDMA. Em contraste, o grosso, quitosana PGMA – padrões de PVDMA –bsão obtidos usando uma técnica de impressão micro contacto personalizada e oferecem a vantagem de maior carga ou captura de material secundário devido à maior área de superfície para rácios de volume. Etapas detalhadas experimentais, caracterizações filme crítico e guias de resolução de problemas para cada método de fabricação são discutidos.
Introduction
Desenvolvimento de técnicas de fabricação que permitem controle versátil e preciso da funcionalidade de superfície química e biológica é desejável para uma variedade de aplicações, desde a captura dos contaminantes ambientais para o desenvolvimento da próxima geração biosensores, implantes e dispositivos1,2de engenharia de tecidos. Polímeros funcionais são excelentes materiais para ajuste de propriedades de superfície através de “enxertia de” ou “enxertia” de técnicas3. Essas abordagens permitem controle de reatividade superficial com base na funcionalidade química do monômero e o peso molecular do polímero4,5,6. Baseado em Azlactone de polímeros têm sido estudados intensamente neste contexto, como grupos de azlactone rapidamente casal com diferentes nucleófilos em reações de anel de abertura. Isto inclui grupos de hidrazina, proporcionando uma rota versátil para mais superfície functionalization7,8, álcoois, tióis e aminas primárias. Filmes baseados em Azlactone de polímero têm sido empregadas em diferentes ambientais e aplicações biológicas incluindo analito capturar9,10, cultura de célula6,11e anti-incrustantes / revestimentos antiadesivo12. Em muitas aplicações biológicas, filmes de polímero azlactone no nano para escalas de comprimento de micrômetro de padronização é desejável para facilitar o controle espacial da biomolécula apresentação, interações celulares, ou modular interações superfície13, 14,15,16,17,18. Portanto, métodos de fabricação devem ser desenvolvidos para oferecer alto padrão uniformidade e espessura do filme bem controlados, sem comprometer a funcionalidade química19.
Recentemente, Lokitz et al desenvolveram um PGMA –b– PVDMA Copolímero em bloco que foi capaz de manipular a reatividade de superfície. Par de blocos PGMA para superfícies de rolamento de óxido, produzir ajustáveis e altas densidades superficiais de azlactone grupos de20. Usado anteriormente relatados métodos para padronização deste polímero para criação de interfaces biofuncionais abordagens tradicionais de cima para baixo de fotolitos que gerou filmes de polímero não-uniforme com regiões de fundo contaminadas com residual fotorresiste material, causando altos níveis de químicos e biológicos inespecificas21,22,23. Aqui, tenta passivate regiões de fundo causada cross-reaction com grupos azlactone, comprometer a reatividade do polímero. Considerando estas limitações, recentemente desenvolvemos técnicas para padronização de escova (~ 90 nm) ou altamente reticulado (~ 1-10 μm) filmes de PGMA –b– PVDMA em fundos quimicamente ou biologicamente inertes em uma maneira que preserve completamente o produto químico funcionalidade do polímero24. Estes apresentados métodos utilizam parylene decolagem, dirigido por interface de assembly (IDA) e personalizada microcontact técnicas de impressão (μCP). Métodos experimentais altamente detalhados para estas abordagens de padronização, bem como caracterizações filme crítico e desafios e limitações associadas a cada técnica são aqui apresentados em formato de escrita e vídeo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este artigo apresenta três abordagens para padronização PGMA –b– PVDMA, cada um com seu conjunto de vantagens e desvantagens. O método de decolagem parylene é um método versátil para padronização bloco co polímeros no micro a resolução da escala nanométrica e tem sido usado como uma máscara de deposição em outros padronização sistemas33,34,35. Devido a sua adesão de superfície relativamente fraco, o …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa foi apoiada pelo Kansas State University. Uma parte desta pesquisa foi realizada no centro para Nanophase Ciências dos materiais, que é patrocinado no Oak Ridge National Laboratory, pela divisão de instalações científicas usuário, escritório de ciências básicas de energia e departamento de energia dos EUA.
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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