브러쉬 모양의 반응 표면 날조 및 Azlactone 기능성된 블록 공동 고분자의 가교 된 영화

Summary

나노미터 두께 브러쉬 또는 미크론 두께의 패턴된 증 착, 가교 된 영화는 azlactone 블록 공동 폴리머의 표면 제작 방법 보고 됩니다. 중요 한 실험 단계, 대표 결과 및 각 메서드의 제한 사항을 설명 합니다. 이러한 메서드는 맞춤형 물리적 기능과 가변 표면 반응성 기능 인터페이스를 만들기 위한 유용 합니다.

Abstract

이 논문에서는, azlactone 기반 블록 공동 폴리머, 폴 리 (glycidyl 메타 크리 레이트)를 사용 하 여 새로운 서피스를 생성 하는 제조 방법-블록-폴 리 (비닐 디 메 틸 azlactone) (PGMA-b-PVDMA), 표시 됩니다. 아민, thiol, 및 수 산 기 그룹 azlactone 그룹의 높은 반응성 때문에 PGMA-b-PVDMA 표면 응용 프로그램의 다양 한 화학적 또는 생물학적 기능성된 인터페이스를 만들려고 보조 분자와 수정할 수 있습니다. 꽃무늬 PGMA-b-PVDMA 인터페이스의 이전 보고서는 비균일 영화와 제대로 제어 배경 화학 생성 하는 전통적인 하향식 패턴 기술을 사용 하 고 있다. 여기, 우리는 정확한 증 착 필름의 높은 균일 PGMA-b-PVDMA 배경 화학적 비활성 또는 biomolecule 혐오 감을 속성에에서 사용할 수 있는 사용자 지정된 패턴 기법을 설명 합니다. 중요 한 것은, 이러한 메서드는 예금 PGMA-b-PVDMA 영화 완전히 각 처리 단계를 통해 azlactone 기능을 보존 하는 방식으로 설계 되었습니다. 꽃무늬 영화 보기 고분자 브러쉬에 해당 하는 잘 제어 두께 (~ 90 nm) 또는 높은 가교 된 구조 (1 ~ 10 μ m). 브러쉬 패턴 파 릴 렌 이륙을 사용 하 여 생성 됩니다 또는 인터페이스 조립 방법 설명 그리고 전반적인 화학 표면 반응성의 정확한 변조 하는 데 유용 어느 PGMA-b-PVDMA 패턴 밀도 조정 하 여 지시 또는 VDMA 블록의 길이입니다. 반면, 두께, 가교 화 PGMA-b-PVDMA 패턴 사용자 지정된 마이크로-접촉 인쇄 기술을 사용 하 여 얻을 수 있습니다 그리고 높은 로드의 장점은 볼륨 비율에 더 높은 표면적 때문에 보조 재료의 캡처를 제공 합니다. 자세한 실험 단계, 중요 한 영화 characterizations, 및 각 제조 방법에 대 한 문제 해결 지침을 설명 합니다.

Introduction

다양 하 고 정밀한 화학 및 생물 학적 표면 기능 제어에 대 한 제조 기술을 개발 하는 것은 다양 한 응용 프로그램, 다음 세대의 개발에 환경 오염 물질의 캡처에 대 한 바람직한 바이오 센서, 임 플 란 트, 그리고 조직 공학 장치^1,2. 기능 고분자 표면 속성 “에서 접목” 또는 “을” 기술³접목을 통해 튜닝에 대 한 우수한 자료는. 이러한 접근은 단위체의 화학 기능 및 폴리머^4,,56의 분자량에 따라 표면 반응성의 제어를 위한 수 있습니다. Azlactone 기반 고분자는 되었습니다 강렬 하 게 공부 하지 이러한 맥락에서 azlactone 그룹 빠르게 커플 반지 개통 반응은 다른 nucleophiles로. 주 아민, 알콜, thiols 및 그로 인하여 더 표면 기능화^7,8에 대 한 다양 한 경로 제공 히드라 진 그룹 포함 됩니다. Azlactone 기반 폴리머 영화는 고용 되어 다른 환경 및 생물 학적 응용 프로그램 분석을 포함 하 여 캡처^9,10, 셀 문화^6,11및 안티 파울 링 / 안티-접착 코팅¹². 많은 생물학 응용 프로그램에서 azlactone 폴리머 필름 마이크로 미터 길이 비늘에 나노에서 패턴화 바람직합니다 biomolecule 프레 젠 테이 션, 세포 상호 작용의 공간 제어를 용이 하 게 하거나 표면 상호 작용^{13, 변조 14,15,,1617,18}. 따라서, 제조 방법 화학 기능¹⁹를 타협 하지 않고 높은 패턴 균일성과 잘 제어 필름 두께, 제공 하기 위해 개발 되어야 한다.

최근, Lokitz 그 외 여러분 은 PGMAb-PVDMA 블록 공중 합체 표면 반응성을 조작 할 수 있는 개발. 산화물 베어링 표면에 PGMA 블록 몇,^20을그룹 azlactone의 표면 밀도 높고 가변을 생성 합니다. 중원소 인터페이스의 생성에 대 한이 고분자 패터 닝에 대 한 보고 방법 생성 비균일 폴리머 필름 배경 지역 잔여 오염 된 전통적인 하향식 사진 평판 접근을 사용 하는 이전 포토 레지스트 재료, 일반적인 화학 및 생물 학적 상호 작용^21,,2223의 상부를 일으키는. 여기, 배경 영역을 passivate 하려고 azlactone 그룹, 폴리머 반응성 저하 cross-reaction을 발생 합니다. 이러한 제한 사항을 고려 하면 우리는 최근 브러쉬 패턴에 대 한 기술 개발 (~ 90 nm) 또는 PGMA-b영화의 높은 가교 화 (1 ~ 10 μ m) 완전 하 게 화학 물질을 유지 하는 방식으로 화학적 또는 생물학적으로 불활성 배경으로-PVDMA 폴리머²⁴의 기능입니다. 이러한 방법을 제시 파 릴 렌 이륙, 인터페이스 감독 어셈블리 (IDA), 및 사용자 지정 microcontact 인쇄 (μCP) 기법을 이용 한다. 이러한 패터 닝 방법으로 중요 한 영화 characterizations와 도전과 각 기술와 관련 된 제한 사항에 대 한 매우 상세한 실험 방법은 여기 서 면 및 비디오 형식에 표시 됩니다.

Protocol

1. PGMA-bPVDMA 합성20 PGMA 매크로 체인 전송 에이전트 (매크로-CTA)의 합성 마그네틱 볶음 소계 코팅 바 장착 250 mL 라운드-하단 반응 flask을 사용 합니다. Glycidyl 메타 GMA의 14.2 g 결합 (142.18 g/mol) 2-cyano-2-틸 라우릴 trithiocarbonate (CPDT)의 490.8 mg와 (346.63 g/mol), 2, 2 ‘-azobis (4-methoxy-2, 4-디 메 틸 valeronitrile)의 87.7 밀리 그램 (V-70) (308.43 g/mol) (CPDT의 어 금 니 비율: V-70 = …

Representative Results

접촉 각 측정은 PGMA-b-PVDMA와 실리콘의 기능화를 평가 하기 위해 사용할 수 있습니다. 그림 1 은 다른 처리 단계 동안 실리콘 기판의 접촉 각을 보여준다. 청소 하는 플라즈마 실리콘 기판의 친수성 동작 그림 1B에서 표시 됩니다. 접촉 각 폴리머 스핀 코팅 및 어 닐 링은 75 ° ± 1 ° 후(그림 1C)…

Discussion

이 문서에서는 PGMA-b를 패턴화 하는 세 가지 방법을 제공-PVDMA, 각각의 장점과 단점의 그것의 집합. 파 릴 렌 이륙 메서드 블록 공동 고분자 마이크로 나노 해상도 패턴화 하는 다재 다능 한 방법 이며 다른 패터 닝 시스템^33,,3435에서 증 착 마스크로 사용 되었습니다. 때문에 그것의 상대적으로 약한 표면 접착, 파 릴 렌 스?…

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	–