Funcionalización suaves litográfica y Patrones libre de óxido de silicio y el germanio

Este protocolo muestra cómo crear patrones de silicio libre de óxido en germanio mediante monocapas orgánicas reactivas, utilizando un protocolo de impresión altamente eficiente y operativamente sencillo. También se demuestra la funcionalización selectiva de los sustratos patrones con moléculas pequeñas y proteínas. El primer paso del protocolo consiste en modificar covalentemente sustratos de silicio o germanio con una monocapa orgánica primaria altamente estable.

Esto protege la interfaz orgánica inorgánica subyacente frente a la degradación reactiva y al daño oxidativo. Se forma una capa superior de éster hidroxi-amida unida covalentemente para proporcionar funcionalidades latentes hidrolíticas y reactivas. Como segundo paso, los sustratos modificados con bicapa uniforme de NHS se estructuran mediante impresión catalítica por microcontacto, utilizando un sello elastomérico modificado con ácido sulfónico. El contacto con el sello hidroliza los grupos NHS, formando así patrones de ácidos carboxílicos libres y activados con NHS, químicamente distintos. A continuación, los sustratos patrones se funcionalizan con moléculas orgánicas pequeñas y proteínas.

Este paso se completa primero fijando el NI Trello. Tri ácido acético terminado en enlazadores heterofuncionales a las regiones funcionalizadas con NHS y, en segundo lugar, mediante la unión selectiva de la proteína verde fluorescente etiquetada con hexa histamina. El enfoque produce excelentes resultados con patrones de intensidad de fluorescencia diferencial que son bastante claros en un patrón de integridad notablemente estable tras múltiples modificaciones superficiales.

Por lo tanto, la principal ventaja de esta técnica frente a los métodos existentes es la precisión. El patrón está realmente controlado por la exactitud del sello mismo, en contraposición a la difusión. El proyecto se inició originalmente a partir de la idea de que las técnicas de patrones que dependen de una reacción catalítica, en lugar de una simple deposición, deben tener numerosas ventajas.

Por un lado, los catalizadores no se consumen en la reacción y pueden reutilizarse varias veces, a diferencia de la impresión o deposición tradicional, donde es necesario suministrar continuamente nuevos materiales para el patrón. En nuestros trabajos iniciales, en realidad anclamos una molécula de catalizador a una punta de microscopio de fuerza atómica (AFM) y luego la arrastramos sobre la superficie en un proceso serial, similar a una herramienta máquina, para crear el patrón.

Pero el sello elastomérico fue una extensión lógica para aplicaciones de fabricación paralela. Uno de los aspectos más importantes del protocolo es el uso del sistema molecular en bicapa. El sistema nos permite tanto grabar como funcionalizar sustratos libres de óxido y sustratos orgánicos.

En condiciones ideales, el SAM primario inicial debería lograr la terminación completa de todos los átomos expuestos en la superficie y formar un sistema molecular densamente empaquetado, el cual puede proteger la superficie tanto de la oxidación como de la degradación. La capa secundaria sobrepuesta debería contener grupos funcionales terminales, que pueden modificarse posteriormente mediante transformaciones químicas adicionales. Las limitaciones significativas respecto a la resolución de la impresión por microcontacto tradicional son la difusión del patrón y de las moléculas.

Nuestra técnica permite una reacción química entre un catalizador actualmente inmovilizado sobre un tallo y un sustrato unido al silicio o al germanio. Debido a estas propiedades, nuestro método experimenta la replicación de características muy pequeñas de más de 100 nanómetros de tamaño. O bien, dado que el método crea patrones químicos, es posible funcionalizarlos mediante reacciones específicas con distintas moléculas biológicas y orgánicas.

Este procedimiento requiere el uso de varios productos químicos peligrosos, como ácido fluorhídrico, solución de nano chip y pentacloruro de fósforo. Al trabajar con estos reactivos, es importante usar la ropa protectora adecuada y trabajar en un ambiente bien ventilado. La parte más difícil de este protocolo consiste en trasladar rápidamente las superficies cloradas a la solución de greenard.

Para evitar la reformación de la capa de óxido, comience preparando una oblea de silicio 11. Córtele en sustratos cuadrados de un centímetro de lado, elimine el polvo de los sustratos y enjuáguelos con agua y etanol filtrado. A continuación, elimine cualquier contaminación orgánica sumergiendo los sustratos de silicio en un recipiente de vidrio que contenga nanos.

Solución de stripping calentada a 75 grados Celsius. Espere 15 minutos, luego enjuague. Limpie cada sustrato con agua filtrada desionizada.

Sumerja cada sustrato en un baño de cinco minutos en una solución de HF al 5 % para eliminar la capa de óxido nativo y luego seque el silicio libre de óxido con nitrógeno. Para obtener un sustrato clorado, sumerja inmediatamente cada pieza de silicio libre de óxido en un vial de centelleo que contenga dos mililitros de pentacloruro de fósforo saturado en clorobenceno. Una vez finalizada la reacción.

Deje que los viales se enfríen a temperatura ambiente. Enjuague cada superficie con clorobenceno y seque con nitrógeno filtrado. A continuación, coloque cada superficie de silicio clorada en un vial de presión que contenga cuatro mililitros de cloruro de magnesio en propanol.

Incube los viales de presión a 130 grados Celsius durante 24 horas. Una vez que los viales de presión hayan enfriado a temperatura ambiente, enjuague rápidamente cada superficie con diclorometano y etanol y seque con nitrógeno filtrado, como en la preparación del sustrato de silicio. Corte una oblea de germanio en cuadrados de un centímetro y elimine el polvo, enjuáguelo con agua y etanol filtrado con germanio.

Elimine los contaminantes orgánicos sumergiendo los sustratos en un recipiente con acetona durante 20 minutos. Luego, sumérjalos en una solución de HCl al 10 % durante 15 minutos. Seque los sustratos con nitrógeno y coloque cada superficie clorada en un vial de presión que contenga cuatro mililitros de cloruro de magnesio octal.

Incube los viales a 130 grados Celsius durante 48 horas. Después de la incubación, deje que los viales se enfríen a temperatura ambiente y enjuague rápidamente cada oblea con diclorometano y etanol. Seque las obleas bajo nitrógeno filtrado.

Comience pipeteando unas gotas de solución NHS Diaz sobre la superficie terminada en metilo. Deje que la solución se extienda por toda la superficie. Coloque las superficies bajo una lámpara de UV durante 30 minutos.

Luego, agregue más gotas de NHS Diaz a la superficie y deje que la reacción continúe durante otros 30 minutos. Enjuague las superficies modificadas con NHS usando diclorometano y etanol, y séquelas con nitrógeno filtrado.

Luego, continúe con la funcionalización de las moléculas pequeñas. Finalmente, analice las superficies mediante XPS para determinar la composición elemental. Comience la preparación del sello mezclando sulfonato de sodio de tumor capto etano en 10 mililitros de solución de HCl 4 N en dioxano.

Agite la solución a temperatura ambiente durante dos minutos a partir de la solución. Filtre el cloruro de sodio mediante un filtro de vidrio fino y luego a través de un filtro de jeringa de membrana de PTFE de 0,2 micrones. Ahora tome la solución clara de ácido capto etano s fónico en dioxano y evapore el dioxano bajo presión reducida.

Haga reaccionar el ácido sulfónico resultante con dos mililitros de mezcla prepolimérica de acrilato de poliuretano a temperatura ambiente y luego bajo vacío a 50 grados Celsius. Asegúrese de liberar completamente la mezcla de aire atrapado para garantizar la polimerización exitosa de la mezcla prepolimérica. Es importante no calentar nunca durante la reacción conmigo.

CAPTA aten ácido fónico, y cuando se esté oxigenando en el vacío, mientras la solución es viscosa, viértala sobre el molde patrón de silicio y cúbrala con una lámina de vidrio plana envuelta en paraformo. Luego, cure el molde exponiéndolo a luz UV. Tras la polimerización, retire la lámina de vidrio y la película de para y desprenda cuidadosamente el sello del molde patrón, corte el sello al tamaño adecuado y lávelo con etanol y agua.

Luego séquelo con nitrógeno filtrado. El siguiente es el paso más importante del protocolo. Coloque el sello encima del sustrato modificado con NHS sin ninguna carga externa para mantenerlos unidos.

No envíe el sello ni aplique demasiada presión. Espere un minuto, luego enjuague el sustrato y el sello con agua etanólica y a continuación con etanol nuevamente, seguido de secado con nitrógeno filtrado. Almacene los sellos a temperatura ambiente para analizar el patrón producido.

Utilice microscopía de fuerza atómica lateral en modo de contacto y microscopía electrónica de barrido. En este paso, movilizamos la GFP hacia la superficie de silicio con patrón. Primero comenzamos modificando el éster activado con un derivado de NTA, luego inmovilizamos la proteína con etiqueta HIIN sobre la superficie mediante quelación con níquel.

Es importante en este paso mantener la biomolécula de interés a la temperatura adecuada para evitar degradaciones no deseadas. Para unir proteínas al patrón de NHS, sobre sustrato bifuncional, sumérjalo en una solución de lisina, ácido nnn diaacético y trietilamina. Después de una hora, enjuague los sustratos con agua seguido de etanol.

Ahora incube los sustratos durante cinco minutos en una solución quelante de sulfato de níquel. A continuación, enjuague los sustratos con agua y tampón de unión, seguido de sumergirlos en un baño de solución de GFP helada. Una hora después, enjuague los sustratos con el mismo tampón de unión, seguido de un enjuague en PBS.

Luego, almacene los sustratos en PBS a cero grados Celsius antes del análisis. Finalmente, analice las superficies mediante microscopía fluorescente para visualizar las áreas modificadas con GFP. Se utilizó nano-patrones litográficos blandos B para crear patrones quimioselectivos sobre silicio libre de óxido y sobre germanio; la reacción entre el sustrato funcionalizado con NHS en el sello de patrón catalítico conduce a la hidrólisis de los grupos NHS en las áreas de contacto conformacional, obteniendo un patrón en el sustrato funcional que presenta regiones con NHS activado y ácidos carboxílicos libres.

Debido a la naturaleza libre de difusión del método, la resolución es cercana a la de la fotolitografía, como se observa en características de 125 nanómetros. Estas características se reprodujeron uniformemente en toda la superficie del sustrato de silicio. Las dimensiones de las características impresas fueron idénticas a las del molde maestro de silicio correspondiente y del sello catalítico.

Notablemente, el sello catalítico puede reutilizarse múltiples veces sin perder eficiencia. Se logró la funcionalización quimioselectiva de semiconductores con patrón aprovechando las reactividades diferenciales de los ácidos carboxílicos activados y libres. Primero, se fijaron enlazadores hetero bifuncionales terminados en ácido nielotricarboxílico a las regiones funcionalizadas con NHS y luego se utilizó la superficie con patrón de NHS resultante como molde para la unión selectiva del patrón de etiqueta hexa histamina G-F-P-N-H-S.

El silicio fue quimiofuncionalizado con moléculas de proteínas. Mediante este enfoque y con microscopía de fluorescencia, se observó una clara diferencia de intensidad entre las regiones modificadas con GFP y las regiones con ácido carboxílico libre hidrolizado. El tamaño y la forma de las características replicadas son consistentes entre las superficies con patrón de NHS y las modificadas con GFP, lo que confirma la notable estabilidad de las superficies pasivadas con carbono y la selectividad del método de impresión.

El protocolo presentado es una forma de tinta, menos impresión por contacto micro, que puede aplicarse universalmente a cualquier sustrato capaz de sostener monocapas sencillas y bien ordenadas. Debido a que el proceso no depende de la transferencia de tinta desde el sello hasta la superficie, se elimina la limitación de resolución difusiva de la impresión por contacto micro tradicional y reactiva.

Permite la fabricación rutinaria de objetos a escala nanométrica. La incorporación de un sistema molecular primario, altamente ordenado, proporciona una protección completa del semiconductor subyacente frente al daño por oxidación. La formación de patentes selectivas de CHE ofrece puntos de unión especialmente definidos para una variedad de moléculas biológicas y orgánicas.

Al utilizar diferentes actividades de los casos de carc libres y activados, pudimos movilizar proteínas histo intactas sobre los patrones creados. Sin embargo, este método no se limita a proteínas histo intactas, y puede emplearse para inmovilizar otras biomoléculas como ADNs y anticuerpos. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo modificar silicio o germanio pasivado con un sistema molecular y patrón catalítico.

Los sustratos modificados con NHS. Al intentar este procedimiento, es importante recordar trabajar en un entorno limpio y libre de polvo. También es fundamental tomar las precauciones de seguridad necesarias al trabajar con materiales peligrosos como HF y nanos.Stripp.