Her beskriver vi en simpel metode til at mønstret oxydfri silicium og germanium med reaktive organiske monolag og demonstrere funktionalisering af mønstrede substrater med små molekyler og proteiner. Den fremgangsmåde er helt beskytter overflader mod kemisk oxidation, giver præcis kontrol over funktionen morfologi, og giver let adgang til kemisk diskrimineret mønstre.
Udviklingen af hybride elektroniske apparater beror i høj grad om integration af (bio) organiske materialer og uorganiske halvledere gennem en stabil interface, der tillader en effektiv elektron transport og beskytter underliggende underlag mod oxidativ nedbrydning. Gruppe IV halvledere effektivt kan beskyttes med yderst bestilles selv-samlet monolag (SAM), der består af enkle alkylkæder, der fungerer som uigennemtrængelige barrierer for både organiske og vandige opløsninger. Simple alkyl Sams, dog er inaktive og ikke gøres til genstand for traditionelle mønster teknikker. Motivationen for at immobilisere organiske molekylære systemer på halvledere er at bibringe ny funktionalitet til overfladen, som kan levere optiske, elektroniske og mekaniske funktion, samt kemiske og biologiske aktivitet.
Microcontact udskrivning (μ CP) er en blød-litografisk teknik til mønstret SAM på utallige overflader. 1-9 trods af sin forenkletlige foranstaltninger og alsidighed, har den tilgang, været stort set begrænset til ædle metal overflader og har ikke været godt udviklet til mønster overførsel til teknologisk vigtige substrater, såsom oxydfri silicium og germanium. Hertil kommer, fordi denne teknik er afhængig af blæk diffusion at overføre mønsteret fra elastomer til underlaget, er løsningen af sådanne traditionelle print det væsentlige er begrænset til i nærheden af 1 μ m. 10-16
I modsætning til traditionelle print, afhængig inkless μ CP mønster på en specifik reaktion mellem en overflade-immobiliseret substrat og et stempel-bundet katalysator. Fordi teknikken ikke er afhængig af diffusiv SAM dannelse, det i høj grad udvider mangfoldigheden af patternable overflader. Desuden undgår man inkless teknikken funktionen størrelse begrænsninger, som molekylær diffusion, lette replikering af meget små (<200 nm) funktioner. 17-23 Men indtil nu, inkless μ CP har hovedsagelig været anvendt til mønstret relativt uorganiseret molekylære systemer, som ikke beskytter de underliggende overflader mod nedbrydning.
Her rapporterer vi en enkel og pålidelig high-throughput metode til mønstret passiviseret silicium og germanium med reaktive organiske monolag og demonstrere selektiv funktionalisering af mønstrede substrater med både små molekyler og proteiner. Teknikken udnytter en præfabrikeret NHS-reaktivt bilayered system på oxydfri silicium og germanium. NHS-delen hydrolyseres i et mønster-specifik måde med en sulfonsyre-modificeret acrylat stempel til at producere kemisk forskellige mønstre af NHS-aktiverede og gratis carboxylsyrer. En væsentlig begrænsning til løsningen af mange μ CP teknikker er brugen af PDMS materiale, som mangler den mekaniske stivhed er nødvendige for high fidelity overførsel. For at afhjælpe denne begrænsning vi udnyttet en polyurethan acrylat polymer, et relativt stift materiale, der kanlet funktionaliserede med forskellige organiske fragmenter. Vores mønster tilgang fuldstændigt beskytter både silicium og germanium fra kemisk oxidation, giver præcis kontrol over form og størrelse af de mønstrede funktioner, og giver let adgang til kemisk diskrimineret mønstre, der kan blive yderligere funktionaliserede med både organiske og biologiske molekyler. Den tilgang er generel og gælder for andre teknologisk relevante overflader.
Den fremlagte protokol er en form eller inkless microcontact udskrivning, der kan universelt anvendes på alle underlag stand til at understøtte simple velordnet monolag. I denne metode, overfører et frimærke-immobiliseret katalysator et mønster til en pladens tilsvarende funktionelle grupper. Fordi processen ikke er afhængig af blæk overførsel fra stempel til overfladen diffusive opløsning begrænsning af traditionelle og reaktive μCP undgås, således at rutinemæssig fremstilling af nanoskala objekter. Indarbejdelsen af en primær yderst ordnede molekylære system giver fuldstændig beskyttelse af de underliggende halvleder fra oxidation skader. Samtidig understøtter den metode immobilisering af storskrald reaktive grupper ved at bruge en sekundær reaktiv overlayer; sammen systemet opnår både beskyttelse og funktionalisering.
Teknikken begynder med dannelsen af stabile kulstof-overflade obligationer giver mulighed for kemisk inaktivt priy éncellelag der fungerer som en effektiv barriere mod oxid dannelse. Dannelse af en sekundær reaktiv overlayer giver terminalen NHS funktionelle grupper, der tjener som vedhæftet fil point for en række kemiske og biologiske fragmenter. Denne stabile bilayered molekylære system er efterfølgende mønstret ved hjælp af vores katalytisk μCP tilgang. Den tilgang, der præsenteres i denne undersøgelse giver en generel metode til mønstret halvleder substrater med en bred vifte af økologiske og biologiske materialer. Evnen til at skabe mønstret organisk-halvleder grænseflader uden dyre og komplekse instrumentering giver mange muligheder inden for områder som elektronik, nanoteknologi, biokemi og biofysik.
The authors have nothing to disclose.
Vi anerkender den finansielle støtte fra NSF prisen CMMI-1000724.
Name of the reagent | Company/model |
---|---|
XPS spectrometer | Kratos Axis Ultra |
Atomic force microscope | Veeco D3100 |
SEM-FEG microscope | FEI XL30 |
Fluorescent microscope | Zeiss Axio Imager |
Heatblock | VWR |
Vacuum pump | Boc Edwards |
Water purification system | Millipore |
TESP silicon probes | Veeco |
Silicon | |
Pressure Vials | Chemglass |
Vacuum manifold | Chemglass |
UV Lamp | UVP |
Stamp Material | See references 20 and 18 |
PFTE syringe filters | VWR |
Nano Strip | Cyantek |
HCl | Sigma |
Ethanol | Sigma |
Acetone | Sigma |
HF | Sigma |
Chlorobenzene | Sigma |
PCl5 | Sigma |
Propenyl Magnesium Chloride | Sigma |
Octyl Magnesium Chloride | Sigma |
Carbon TetraChloride | Sigma |
Boc protected ethylenediamine | Sigma |
TFA | Sigma |
Sodium 2-mercaptoethanesulfonate | Sigma |
4N HCl solution in dioxane | Sigma |
Lysine-N,N-diacetic acid | Sigma |
Et3N | Sigma |
DMF | Sigma |
NiSO4 | Sigma |
NaP | Sigma |
NaCl | Sigma |
imidazole | Sigma |
PBS | Sigma |