Fabriceren van reactieve oppervlakken met borstel-achtige en kruisverwijzende Films van Azlactone-matiemaatschappij blok co-polymeren

Summary

Oppervlakte fabricage methoden voor patroon afzetting van nanometer dik borstels of micron dik, kruisverwijzende films van een azlactone blok co-polymeer worden gemeld. Kritische experimentele stappen, representatieve resultaten en beperkingen van elke methode worden besproken. Deze methoden zijn handig voor het creëren van functionele interfaces met op maat gemaakte fysieke kenmerken en afstembare oppervlakte reactiviteit.

Abstract

In deze paper, fabricage methoden die het genereren van nieuwe oppervlakken met behulp van de azlactone gebaseerde blok co-polymeer, poly (glycidyl methacrylaat) –blok– poly (vinyl dimethyl azlactone) (PGMA –b– PVDMA), worden gepresenteerd. Als gevolg van de hoge reactiviteit van azlactone groepen richting amine, thiol en hydroxylgroepen, kunnen PGMA –b– PVDMA oppervlakken worden gewijzigd met secundaire moleculen maken chemisch of biologisch matiemaatschappij interfaces voor allerlei toepassingen. Eerdere verslagen voor patroon PGMA –b– PVDMA interfaces hebt gebruikt traditionele patronen van de top-down technieken die niet-uniforme films en slecht gecontroleerde achtergrond oplossingen genereren. Hier beschrijven we aangepaste patronen technieken waarmee nauwkeurige afzetting van zeer uniforme PGMA –b– PVDMA films in achtergronden die chemisch inert of die Biomolecuul repellent eigenschappen hebben. Nog belangrijker is, zijn deze methoden ontworpen om storting PGMA –b– PVDMA films op een wijze die volledig azlactone functionaliteit door elke stap van de verwerking behoudt. Gedessineerde films tonen goed gecontroleerde diktes die met polymeer borstels corresponderen (~ 90 nm) of zeer kruisverwijzende structuren (~ 1-10 μm). Penseelpatronen worden gegenereerd met behulp van hetzij de parylene lift-off of interface regie assemblage methoden beschreven en nuttig voor precieze modulatie van de totale chemische reactiviteit van de oppervlakte van beide de PGMA –b– PVDMA patroon dichtheid aan te passen of de lengte van de VDMA blok. In tegenstelling, de dikke, kruisverwijzende PGMA –b– PVDMA patronen zijn verkregen met behulp van een aangepaste micro-contact-Druktechniek en bieden het voordeel van hogere laden of inname van secundair materiaal als gevolg van de hogere oppervlakte tot volume verhoudingen. Gedetailleerde experimentele stappen, kritische film karakterisaties, en oplossen van problemen gidsen voor elke productie-methode worden besproken.

Introduction

Ontwikkeling van fabricage technieken waarmee voor veelzijdige en nauwkeurige bediening van chemische en biologische oppervlakte functionaliteit is het wenselijk dat een scala aan toepassingen, van de vangst van milieucontaminanten tot ontwikkeling van de volgende generatie biosensoren, implantaten en weefsel engineering apparaten^1,2. Functionele polymeren zijn uitstekende materialen voor het afstemmen van de oppervlakte-eigenschappen via “van enting” of “enten te” technieken³. Deze benaderingen zorgen voor controle van de oppervlakte reactiviteit op basis van de chemische functionaliteit van het monomeer en molecuulgewicht van het polymeer^4,5,6. Azlactone gebaseerde polymeren zijn intens bestudeerd in dit verband, zoals azlactone groepen snel koppel met verschillende nucleofiel in ring-opening reacties. Het gaat hierbij om primaire amines, hydrazine groepen, waardoor een veelzijdige route voor verdere oppervlakte functionalization^7,8, alcoholen en thiolen. Azlactone gebaseerde polymeerlagen hebben gewerkt in verschillende milieu en biologische toepassingen met inbegrip van de analyt vangen^9,10,^6,11van de cultuur van de cel en anti-fouling / anti-lijm coatings¹². In veel biologische toepassingen is patronen azlactone polymeerlagen op nano naar micrometer lengte schalen wenselijk ter vergemakkelijking van de ruimtelijke besturing van Biomolecuul presentatie, cellulaire interacties, of te moduleren oppervlakte interacties^{13, 14},^,15,16,17,18. Daarom moeten fabricage methoden worden ontwikkeld om het bieden van hoge patroon uniformiteit en goed gecontroleerde laagdikte, zonder chemische functionaliteit¹⁹.

Onlangs, Lokitz et al. ontwikkeld een PGMA –b– PVDMA blokcopolymeer die kon manipuleren van oppervlakte reactiviteit. PGMA blokken paar op oxide-bevattende oppervlakken, opbrengst van hoge en afstembare oppervlakte dichtheden van azlactone²⁰groepen. Eerder gerapporteerde methoden voor de elementen van dit polymeer voor oprichting van biofunctionele interfaces gebruikt traditionele topdown fotolithografie benaderingen die niet-uniforme polymeerlagen gegenereerd met achtergrond gebieden besmet met resterende Fotoresist materiaal, waardoor hoge niveaus van niet-specifieke chemische en biologische interacties^21,22,23. Hier, veroorzaakt pogingen om passivate achtergrond regio’s kruisreactie met azlactone groepen, polymeer reactiviteit in gevaar te brengen. Gezien deze beperkingen, wij onlangs ontwikkelde technieken voor borstel patronen (~ 90 nm) of zeer kruisverwijzende (~ 1-10 μm) films van PGMA –b– PVDMA in biologisch of chemisch inert achtergronden op een wijze die volledig de chemische behoudt functionaliteit van de polymeer-²⁴. Deze methoden gepresenteerd gebruiken parylene lanceerraket, interface geleide vergadering (IDA) en druktechnieken (μCP) voor aangepaste microcontact. Zeer gedetailleerde experimentele methoden voor deze patronen benaderingen, evenals de kritische film karakterisaties en de uitdagingen en de beperkingen die zijn gekoppeld aan elke techniek worden hier voorgesteld in schriftelijke en video formaat.

Protocol

1. PGMA -b- PVDMA synthese20 Synthese van de agent van de postoverdracht PGMA macro-keten (Macro-CTA) Gebruik een 250 mL ronde bodem reactie flask uitgerust met een magnetische roer polytetrafluorethyleen beklede bar. 14.2 g glycidyl methacrylaat GMA combineren (142.18 g/mol) met 490.8 mg 2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonate (CPDT) (346.63 g/mol), en 87,7 mg 2, 2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethyl valeronitrile) (V-70) (308.43 g/mol) (molaire verhouding v…

Representative Results

Contacthoek metingen kunnen worden gebruikt om te evalueren van de functionalization van silicium met PGMA-b-PVDMA. Figuur 1 toont de contacthoek van het substraat van silicium tijdens de verschillende stappen. Hydrofiele gedrag van het plasma gereinigd silicon substraat is afgebeeld in figuur 1B. De contacthoek nadat polymeer spin coating en gloeien 75° ± 1 is °(figuur 1C) <…

Discussion

Dit artikel presenteert drie benaderingen voor het patronen PGMA –b– PVDMA, elk met een set van voor- en nadelen. De methode van de astronauten parylene is een veelzijdige methode voor patronen blok co polymeren op micro nanoschaal resolutie, en is gebruikt als een masker van de depositie in andere patronen systemen^33,34,35. Als gevolg van de relatief zwakke oppervlakte adhesie, kan de parylene stencil gemakkelijk worde…

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	–