Morbido Funzionalizzazione litografica e Patterning ossido senza silicio e germanio

Questo protocollo illustra come creare schemi di silicio privo di ossido in germanio mediante strati monoatomici organici reattivi, utilizzando un protocollo di stampa altamente efficiente e semplice da eseguire. Viene inoltre dimostrata la funzionalizzazione selettiva dei substrati stampati con piccole molecole e proteine. Il primo passaggio del protocollo consiste nella modifica covalente di substrati di silicio o germanio con uno strato monoatomico organico primario altamente stabile.

Questo protegge l'interfaccia sottostante tra materiali organici e inorganici da degradazione reattiva e danni ossidativi. Si forma uno strato superficiale costituito da estere idrossi-ammidico legato covalentemente per fornire funzionalità latenti di tipo idrolitico e reattivo. Come secondo passaggio, i substrati modificati con un bilayer uniforme di NHS vengono strutturati mediante stampa catalitica in microcontatto, utilizzando un timbro elastomerico modificato con acido solfonico; il contatto con il timbro idrolizza i gruppi NHS, formando così schemi di aree chimicamente distinte composte da NHS attivati e acidi carbossilici liberi. Successivamente, i substrati strutturati vengono funzionalizzati con piccole molecole organiche e proteine.

Questo passaggio viene completato innanzitutto fissando sulla superficie di NI Trello dei linker eterofunzionali terminanti con acido triacetico alle regioni funzionalizzate con NHS e, in secondo luogo, mediante l'attacco selettivo della proteina verde fluorescente marcativa con un'etichetta esa-istidina. L'approccio produce ottimi risultati con schemi di intensità di fluorescenza differenziale chiaramente definiti e una stabilità straordinaria del pattern dopo ripetute modifiche della superficie.

Quindi, il principale vantaggio di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti è l'accuratezza. Il modello è effettivamente controllato dall'accuratezza del timbro stesso, piuttosto che dalla diffusione. Il progetto è stato inizialmente concepito a partire dall'idea che le tecniche di modellatura basate su reazioni catalitiche, anziché su semplice deposizione, devono presentare numerosi vantaggi.

Uno dei motivi è che i catalizzatori non vengono consumati durante la reazione e possono essere riutilizzati più volte, a differenza della stampa o deposizione tradizionale, in cui è necessario fornire continuamente nuovi materiali per la definizione dei pattern. Nei nostri primi studi, abbiamo effettivamente ancorato una molecola catalitica a una punta di microscopio a forza atomica (AFM) e successivamente l'abbiamo trascinata lungo la superficie in un processo seriale, simile a uno strumento meccanico, per creare i pattern.

Tuttavia, il timbro elastomerico rappresentava un'estensione logica per applicazioni di produzione parallela. Uno degli aspetti più importanti del protocollo è l'uso del sistema molecolare a doppio strato. Il sistema ci permette sia di rimuovere che di funzionalizzare substrati organici e privi di ossidi.

In linea ideale, il SAM primario iniziale dovrebbe garantire una terminazione completa di tutti gli atomi esposti in superficie e formare un sistema molecolare compatto, in grado di proteggere la superficie sia dall'ossidazione che dal degrado. Lo strato secondario sovrapposto dovrebbe contenere gruppi funzionali terminali, modificabili ulteriormente mediante trasformazioni chimiche aggiuntive. I limiti significativi alla risoluzione della stampa microcontatto tradizionale sono la diffusione del motivo e delle molecole.

Il nostro metodo permette una reazione chimica tra un catalizzatore attualmente immobilizzato su un gambo e un substrato legato al silicio o al germanio. Grazie a queste proprietà, la nostra tecnica sperimenta la replicazione di caratteristiche molto piccole, inferiori a 100 nanometri. Oppure, poiché il metodo crea modelli chimici, è possibile funzionalizzarli mediante reazioni specifiche con diverse molecole biologiche e organiche.

Questa procedura richiede l'uso di diversi prodotti chimici pericolosi, come l'acido fluoridrico, la soluzione per chip nano e il pentacloruro di fosforo. Quando si lavora con questi reagenti, è importante indossare idonei indumenti protettivi e operare in un ambiente ben ventilato. La parte più complessa di questo protocollo consiste nel trasferire rapidamente le superfici clorurate nella soluzione greenard.

Per evitare la riformazione dello strato di ossido, iniziare preparando una fettina di silicio 11. Tagliarla in substrati quadrati di un centimetro, rimuovere la polvere dai substrati e risciacquarli con acqua ed etanolo filtrato. Successivamente, eliminare ogni contaminazione organica immergendo i substrati di silicio in una capsula di vetro contenente nanos.

Soluzione per lo stripping riscaldata a 75 gradi Celsius. Attendere 15 minuti, quindi risciacquare. Pulire ogni substrato con acqua filtrata deionizzata.

Sottoporre ogni substrato a un bagno di cinque minuti in una soluzione di HF al 5% per rimuovere lo strato di ossido nativo, quindi asciugare il silicio privo di ossido con azoto. Per ottenere un substrato clorurato, immergere immediatamente ogni pezzo di silicio privo di ossido in una provetta per scintillazione contenente due millilitri di cloruro di fosforo pentavalente satura in clorobenzene. Al termine della reazione.

Lasciare raffreddare i vial a temperatura ambiente. Risciacquare ogni superficie con clorobenzene e asciugare sotto azoto filtrato. Successivamente, posizionare ogni superficie di silicio clorurata in un vial a pressione contenente quattro millilitri di cloruro di magnesio in propanolo.

Incubare le provette a pressione a 130 gradi Celsius per 24 ore. Una volta che le provette a pressione si sono raffreddate a temperatura ambiente, risciacquare rapidamente ogni superficie con diclorometano ed etanolo e asciugare sotto azoto filtrato come nella preparazione del substrato di silicio. Tagliare una wafer di germanio in quadrati di un centimetro e rimuovere la polvere, quindi risciacquare con acqua ed etanolo filtrato insieme al germanio.

Rimuovere i contaminanti organici immergendo i substrati in una vaschetta contenente acetone per 20 minuti. Successivamente, immergerli in una soluzione di HCl al 10% per 15 minuti. Asciugare i substrati con azoto e posizionare ogni superficie clorurata in un vial a pressione contenente quattro millilitri di cloruro di magnesio ottaile.

Incubare i vial a 130 gradi Celsius per 48 ore. Al termine dell'incubazione, lasciare raffreddare i vial a temperatura ambiente e risciacquare rapidamente ogni wafer con diclorometano ed etanolo. Asciugare i wafer sotto flusso di azoto filtrato.

Iniziare pipettando alcune gocce di soluzione NHS Diaz sulla superficie terminata con metile. Lasciare che la soluzione si diffonda su tutta la superficie. Posizionare le superfici sotto una lampada a raggi UV per 30 minuti.

Quindi aggiungere ulteriori gocce di NHS Diaz sulla superficie e lasciare procedere la reazione per altri 30 minuti. Risciacquare le superfici modificate con NHS usando diclorometano ed etanolo, quindi asciugarle sotto azoto filtrato.

Procedere quindi con la funzionalizzazione delle piccole molecole. Infine, analizzare le superfici mediante XPS per determinare la composizione elementare. Iniziare la preparazione del timbro mescolando il capto etano solfonato di sodio in 10 millilitri di soluzione di HCl 4 normali in dioxano.

Agitare la soluzione a temperatura ambiente per due minuti a partire dalla soluzione. Filtrare il cloruro di sodio attraverso un filtro in vetro fine e successivamente attraverso un filtro siringa in membrana PTFE da 0,2 micron. Prelevare ora la soluzione limpida di acido capto etano s fonico in dioxano e rimuovere il dioxano sotto pressione ridotta.

Fare reagire l'acido solforico risultante con due millilitri di miscela prepolimerica di poliuretano acrilato, a temperatura ambiente e successivamente sotto vuoto a 50 gradi Celsius. Assicurarsi di eliminare completamente dalla miscela l'aria intrappolata per garantire una polimerizzazione efficace della miscela prepolimerica. È importante non riscaldare mai la miscela durante la reazione con me.

CAPTA atten phonic acid, e durante l'ossigenazione sotto vuoto, mentre la soluzione è viscosa, versarla sul master di silicio e coprirla con una lamella di vetro piatta avvolta in paraform. Successivamente, indurire lo stampo esponendolo alla luce UV. Dopo la polimerizzazione, rimuovere la lamella di vetro e il film di para e staccare con cura lo stampo dal master, tagliare lo stampo alla dimensione appropriata e lavarlo con etanolo e acqua.

Quindi asciugarlo con azoto filtrato. Il seguente è il passaggio più importante del protocollo. Posizionare il timbro sulla parte superiore del substrato modificato con NHS senza alcun carico esterno per mantenerli uniti.

Non spedire il timbro né applicare troppa pressione. Attendere un minuto, quindi risciacquare il substrato e il timbro con acqua contenente etanolo e successivamente con etanolo puro, seguito dall'essiccazione sotto azoto filtrato. Conservare i timbri a temperatura ambiente per analizzare il modello prodotto.

Utilizzare la microscopia a forza atomica laterale in modalità contatto e la microscopia elettronica a scansione. In questo passaggio, mobilizziamo la GFP sulla superficie di silicio stampata. Iniziamo innanzitutto modificando l'estere attivato con un derivato NTA, quindi immobilizziamo la proteina con tag HIIN sulla superficie mediante chelazione del nichel.

È importante in questo passaggio mantenere la biomolecola di interesse alla temperatura appropriata per evitare degradazioni indesiderate. Per fissare le proteine al pattern NHS, al substrato bifunzionale, immergerlo in una soluzione di lisina, nnn dia acido acetico e trietilammina. Dopo un'ora, risciacquare i substrati con acqua seguito da etanolo.

Ora incubare i substrati per cinque minuti in una soluzione chelante di solfato di nichel. Successivamente, risciacquare i substrati con acqua e tampone di legame, seguito dall'immersione in un bagno di soluzione di GFP ghiacciata. Un'ora dopo, risciacquare i substrati con lo stesso tampone di legame, seguito da un risciacquo in PBS.

Quindi conservare i substrati in PBS a zero gradi Celsius prima dell'analisi. Infine, analizzare le superfici mediante microscopia fluorescente per visualizzare le aree modificate con GFP. La nano-impaginatura litografica morbida B è stata utilizzata per creare pattern chimicamente selettivi su silicio privo di ossido e su germanio; la reazione tra il substrato funzionalizzato con NHS e il timbro del pattern catalitico porta all'idrolisi dei gruppi NHS nelle aree di contatto conformazionale, generando un pattern su substrato funzionale con regioni contenenti acidi carbossilici attivati con NHS e acidi carbossilici liberi.

Essendo un metodo privo di diffusione, la risoluzione è vicina a quella della fotolitografia, come dimostrato da caratteristiche di 125 nanometri. Queste caratteristiche sono state riprodotte in modo uniforme su tutta la superficie del substrato di silicio. Le dimensioni delle caratteristiche stampate erano identiche a quelle del corrispondente master in silicio e del timbro catalitico.

È degno di nota che il timbro catalitico può essere riutilizzato più volte senza perdita di efficienza. La funzionalizzazione chimio-selettiva di semiconduttori a motivo è stata ottenuta sfruttando le diverse reattività degli acidi carbossilici attivati e liberi. Innanzitutto, dei linker etero bifunzionali terminanti con acido niellotrico sono stati fissati alle regioni funzionalizzate con NHS, quindi utilizzati come stampo sulla superficie a motivo NHS risultante per l'ancoraggio selettivo del motivo G-F-P-N-H-S con tag esa-istamina.

Il silicio è stato chimicamente funzionalizzato con molecole proteiche. Utilizzando questo approccio in microscopia a fluorescenza, si è osservata una chiara differenza di intensità tra le regioni modificate con GFP e quelle idrolizzate con acidi carbossilici liberi. Le dimensioni e la forma delle caratteristiche replicate sono coerenti sia sulle superfici con pattern NHS sia su quelle modificate con GFP, confermando la notevole stabilità delle superfici passivate al carbonio e la selettività dell'approccio di stampaggio.

Il protocollo presentato è una forma di stampa microcontatto con inchiostro che può essere universalmente applicata a qualsiasi substrato in grado di sostenere monocouche semplici e ben ordinate. Poiché il processo non si basa sul trasferimento dell'inchiostro dal timbro alla superficie, il limite di risoluzione diffusiva della stampa microcontatto tradizionale e reattiva viene eliminato.

Permette la produzione su scala industriale di oggetti a livello nanometrico. L'integrazione di un sistema molecolare primario, altamente ordinato, garantisce una protezione completa del semiconduttore sottostante dai danni da ossidazione. La formazione di brevetti selettivi per il legame covalente (CHE) fornisce punti di attacco specificamente definiti per una varietà di molecole biologiche e organiche.

Utilizzando diverse attività di forme libere e attivate delle carcasi, siamo stati in grado di mobilitare proteine isto-intatte sui modelli creati. Tuttavia, questo metodo non è limitato alle proteine isto-intatte e può essere impiegato per immobilizzare altre biomolecole come DNA e anticorpi. Dopo aver visto questo video, dovreste avere una buona comprensione di come modificare silicio o germanio passivati con un sistema molecolare e un modello catalitico.

I substrati modificati NHS. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di lavorare in un ambiente pulito e privo di polvere. È inoltre fondamentale adottare le necessarie precauzioni di sicurezza quando si lavora con materiali pericolosi come HF e nanos.Stripp.