Yumuşak Litografik işlevsellik ve Desenlendirme Oksit Silisyum ve germanyum

Bu protokol, yüksek verimli ve operasyonel olarak basit bir baskı protokolü kullanarak, reaktif organik tek tabakalarla germanyum içindeki oksitsiz silikonun nasıl desenlendiğini göstermektedir. Desenli substratların hem küçük moleküller hem de proteinlerle seçici olarak fonksiyonelleştirilmesi de gösterilmiştir. Protokolün ilk adımı, silikon veya germanyum substratların yüksek kararlılığa sahip bir primer organik tek tabaka ile kovalent olarak modifiye edilmesidir.

Bu işlem, alttaki inorganik-organik arayüzünü reaktif bozunmaya ve oksidatif hasara karşı korur. Kovalent olarak bağlanmış hidroksiamid ester üst katmanı, latent hidrolitik ve reaktif fonksiyonellikler sağlamak amacıyla oluşturulur. İkinci adımda, homojen çift katmanlı NHS modifiye substratlar, sülfonik asit modifiye elastomerik bir damga kullanılarak katalitik mikro temas baskılama yöntemiyle desenlenir; damga ile temas, NHS gruplarının hidrolizini gerçekleştirerek kimyasal olarak farklı NHS aktive edilmiş ve serbest karboksilik asitlerden oluşan desenler oluşturur. Ardından, desenli substratlar küçük organik moleküller ve proteinler ile fonksiyonelleştirilir.

Bu adım, ilk olarak NI Trello'nun sabitlenmesiyle, yani triasetik asit uçlu heterofonksiyonel bağlayıcıların NHS fonksiyonelleştirilmiş bölgelere bağlanmasıyla ve ikinci olarak, heksa histidin etiketli yeşil floresan proteinin seçici bir şekilde tutturulmasıyla tamamlanır. Bu yaklaşım, birden fazla yüzey modifikasyonundan sonra dikkat çekici derecede stabil bir örüntü bütünlüğüyle, oldukça net olan diferansiyel floresan yoğunluğu örüntüleri ile mükemmel sonuçlar verir.

Böylece, bu tekniğin mevcut yöntemlere göre temel avantajı hassasiyetidir. Desen, difüzyonun aksine, doğrudan damganın kendi hassasiyeti tarafından kontrol edilir. Proje başlangıçta, basit bir biriktirme yerine katalitik reaksiyona dayalı desenleme tekniklerinin birçok avantaja sahip olması gerektiği fikrinden yola çıkılarak başlatılmıştır.

Birincisi, katalizörler reaksiyon sırasında tüketilmezler ve defalarca yeniden kullanılabilirler. Bu durum, sürekli olarak yeni desenleme malzemeleri tedarik etmeniz gereken geleneksel baskı veya biriktirme yöntemlerinden farklıdır. İlk çalışmalarımızda, bir katalizör molekülünü bir AFM ucuna bağladık ve ardından desen oluşturmak için bu ucu, bir takım teçhizat gibi seri bir işlemle yüzey boyunca sürükledik.

Ancak elastomerik damga, paralel üretim uygulamaları için mantıklı bir genişletmeydi. Protokolün en önemli yönlerinden biri, çift katmanlı moleküler sistemin kullanımıdır. Bu sistem, hem oksit içeren hem de organik altlıkların tutunmasını ve fonksiyonelleştirilmesini sağlar.

İdeal olarak, başlangıçtaki birincil SAM, yüzeyde açıkta kalan tüm atomların tamamen sonlandırılmasını sağlamalı ve yüzeyi hem oksidasyondan hem de bozunmadan koruyabilecek sıkı paketli bir moleküler sistem oluşturmalıdır. İkincil üst tabaka, ek kimyasal dönüşümlerle daha fazla modifiye edilebilen terminal fonksiyonel gruplar içermelidir. Geleneksel mikro temas baskılama yönteminin çözünürlüğündeki önemli sınırlamalar, desenin ve moleküllerin difüzyonudur.

Yöntemlerimiz, şu anda bir gövde üzerinde mobilize edilmiş bir katalizör ile silikon veya germanyuma bağlı bir substrat arasında kimyasal bir reaksiyona olanak tanır. Bu özellikleri nedeniyle, tekniğimiz 100 nanometre boyutundaki çok küçük yapıların daha fazla tekrarlanmasını sağlar. Ayrıca, yöntem kimyasal desenler oluşturduğu için, bunların farklı biyolojik ve organik moleküllerle spesifik reaksiyonlar aracılığıyla fonksiyonelleştirilmesi mümkündür.

Bu prosedür; hidroflorik asit, nano çip çözeltisi ve fosfor pentaklorür gibi çeşitli tehlikeli kimyasalların kullanımını gerektirir. Bu reaktiflerle çalışırken, uygun koruyucu kıyafetler giymek ve iyi havalandırılan bir ortamda çalışmak önemlidir. Bu protokolün en zorlayıcı kısmı, klorlanmış yüzeyleri hızlı bir şekilde Grignard çözeltisine aktarmaktır.

Oksit tabakasının yeniden oluşumunu önlemek için, işleme bir adet silikon wafer hazırlayarak başlayın. Wafer'ı bir santimetrekarelik alt tabakalara bölün, alt tabakaları tozdan arındırın ve su ile filtrelenmiş etanolle durulayın. Ardından, silikon alt tabakaları nanos içeren cam bir kaba daldırarak her türlü organik kontaminasyonu giderin.

Sıyırma çözeltisi 75 °C'ye ısıtılır. 15 dakika beklenir, ardından durulama yapılır. Her bir substrat deiyonize filtrelenmiş su ile temizlenir.

Doğal oksit tabakasını uzaklaştırmak için her bir substratı %5 HF çözeltisinde beş dakika boyunca bekletin ve ardından oksitsiz silikonu nitrojen ile kurulayın. Klorlanmış bir substrat üretmek için, her bir oksitsiz silikon parçasını derhal, içinde iki mililitre klorobenzen içinde doygun fosfor penta klorür bulunan bir sintilasyon şişesine daldırın. Reaksiyon tamamlandıktan sonra.

Şişelerin oda sıcaklığında soğumasını bekleyin. Her bir yüzeyi kloro benzen ile durulayın ve filtrelenmiş azot altında kurutun. Ardından, her bir klorlanmış silikon yüzeyi, dört mililitre propanol magnezyum klorür içeren bir basınç şişesine yerleştirin.

Basınç tüplerini 130 °C'de 24 saat boyunca inkübe edin. Basınç tüpleri oda sıcaklığına soğuduğunda, her bir yüzeyi diklorometan ve etanol ile hızlıca durulayın ve silikon substrat hazırlığında olduğu gibi filtrelenmiş azot altında kurutun. Bir germanyum wafer'ı bir santimetrelik kareler halinde kesin, ardından germanyum ile birlikte tozdan arındırın ve su ile filtrelenmiş etanol ile durulayın.

Substratları 20 dakika boyunca bir kap aseton içerisinde bekleterek organik kontaminantları giderin. Ardından, substratları 15 dakika boyunca %10'luk HCL çözeltisine daldırın. Substratları azot ile kurutun ve her bir klorlanmış yüzeyi dört mililitre oktil magnezyum klorür içeren bir basınç tüpüne yerleştirin.

Şişeleri 130 °C'de 48 saat boyunca inkübe edin. İnkübasyon sonrası şilelerin oda sıcaklığına soğumasını bekleyin ve her bir wafer'ı diklorometan ve etanol ile hızlıca durulayın. Wafer'ları filtrelenmiş nitrojen altında kurutun.

Metil ile sonlandırılmış yüzeye birkaç damla NHS Diaz Çözeltisi pipetleyerek başlayın. Çözeltinin tüm yüzeye yayılmasına izin verin. Yüzeyleri 30 dakika boyunca bir UV lambası altına yerleştirin.

Ardından yüzeye daha fazla NHS Diaz damlası ekleyin ve tepkimenin 30 dakika daha sürmesini sağlayın. NHS modifiyeli yüzeyleri diklorometan ve etanol ile durulayın ve filtrelenmiş nitrojen altında kurutun.

Ardından küçük moleküllerin fonksiyonelleştirme işlemine geçin. Son olarak, elementel bileşimi belirlemek için yüzeyleri XPS ile analiz edin. Damga hazırlığına, sodyum tumor kapto etan sülfonatı 10 mililitre dioksan içindeki dört normal HCL çözeltisiyle karıştırarak başlayın.

Çözeltiyi oda sıcaklığında iki dakika boyunca karıştırın. Sodyum klorürü önce ince bir cam filtreden, ardından 0,2 mikronluk bir PTFE membran şırınga filtresinden geçirerek süzün. Şimdi, dioksan içindeki tumor capto ethane s phonic acid'in berrak çözeltisini alın ve dioksanı indirgenmiş basınç altında uçurun.

Elde edilen sülfür asidini, iki mililitre poliüretan akrilat prepolimer karışımı ile önce oda sıcaklığında, ardından 50 °C'de vakum altında reaksiyona sokun. Prepolimer karışımının başarılı bir şekilde polimerleşmesini sağlamak için, karışımın hapsolmuş hava kabarcıklarından tamamen arındırıldığından emin olun. Reaksiyon sırasında aşırı ısıtılmaması önemlidir.

CAPTA atten fonik asidi ve vakum altında oksijenleme işlemi yapıldığında, çözelti henüz viskoz haldeyken silikon kalıp master'ı üzerine dökün ve parafilm ile sarılmış düz bir cam lam ile örtün. Ardından, kalıbı UV ışığına maruz bırakarak kürleyin. Polimerizasyon sonrası cam lamı ve parafilmi çıkarın, damgayı master'dan dikkatlice soyun, damgayı uygun boyutta kesin ve etanol ile suyla yıkayın.

Ardından filtreli azot ile kurutun. Aşağıdaki, protokolün en önemli adımıdır. Damgayı, onları birlikte tutacak herhangi bir dış yük uygulamadan, NHS modifiyeli substratın üzerine yerleştirin.

Damgayı kaydırmayın veya çok fazla basınç uygulamayın. Bir dakika bekleyin, ardından substratı ve damgayı önce etanol-su ile, sonra tekrar etanol ile durulayın ve ardından filtrelenmiş nitrojen altında kurutun. Oluşturulan deseni analiz etmek için damgaları oda sıcaklığında saklayın.

Kontak modunda lateral atomik kuvvet mikroskobu ve taramalı elektron mikroskobu kullanın. Bu adımda, GFP'yi desenli silikon yüzeye mobilize ediyoruz. Öncelikle aktif esteri bir NTA türevi ile modifiye ederek başlıyoruz, ardından nikel şelasyonu aracılığıyla HIIN etiketli proteini yüzeye immobilize ediyoruz.

Bu adımda, istenmeyen bozunmaları önlemek için ilgilenilen biyomolekülü uygun sıcaklıkta tutmak önemlidir. Proteinleri NHS desenine, bifonksiyonel substrata tutturmak için substratı lizin, nnn dia athetic asit ve trietilamin çözeltisine daldırın. Bir saat sonra, substratları önce suyla, ardından etanolle durulayın.

Şimdi substratları beş dakika boyunca nikel sülfat içeren bir şelasyon çözeltisinde inkübe edin. Ardından, substratları su ve bağlama tamponu ile durulayın ve ardından buz soğukluğundaki GFP çözeltisi banyosuna daldırın. Bir saat sonra, substratları aynı bağlama tamponu ile durulayın ve ardından PBS ile durulama işlemini gerçekleştirin.

Ardından, analiz öncesinde substratları sıfır derece santigrat sıcaklıkta PBS içinde saklayın. Son olarak, GFP modifiye edilmiş alanları görselleştirmek için yüzeyleri floresan mikroskobu ile analiz edin. Oksitsiz silikon üzerinde kemoselektif desenler oluşturmak için Yumuşak B litografik nanodesenleme kullanılmıştır ve germanyumda, katalitik desen damgasındaki NHS fonksiyonelleştirilmiş substrat arasındaki reaksiyon, konformasyonel temas alanlarındaki NHS gruplarının hidrolizine yol açarak, NHS aktive edilmiş ve serbest karboksilik asit bölgeleri taşıyan fonksiyonel bir substrat deseni oluşturur.

Yöntemin difüzyonsuz doğası sayesinde, 125 nanometre boyutundaki özelliklerde görüldüğü üzere çözünürlük fotolitografiye yakındır. Bu özellikler, tüm silikon substrat yüzeyi boyunca tekdüze bir şekilde yeniden üretilmiştir. Yazdırılan özelliklerin boyutları, karşılık gelen silikon kalıptaki ve katalitik dampadaki boyutlarla aynıydı.

Dikkat çekici bir şekilde, katalitik damga verimlilik kaybı yaşamadan defalarca yeniden kullanılabilmektedir. Aktive edilmiş ve serbest karboksilik asitlerin farklı reaktivitelerinden yararlanılarak, desenli yarı iletkenlerin kemoselektif fonksiyonelleştirmesi gerçekleştirilmiştir. Öncelikle niello trice asit uçlu hetero bifonksiyonel bağlayıcılar NHS fonksiyonelleştirilmiş bölgelere sabitlenmiş ve ardından ortaya çıkan NHS desenli yüzey, heksa histamin etiketi G-F-P-N-H-S deseninin seçici tutunması için bir şablon olarak kullanılmıştır.

Silikon, protein molekülleriyle kemo-fonksiyonelleştirilmiştir. Floresan mikroskobu altında bu yöntem kullanıldığında, GFP modifiyeli bölgeler ile hidrolize edilmiş serbest karboksilik asit bölgeleri arasında belirgin bir yoğunluk farkı gözlemlenmiştir. Replike edilen özelliklerin boyutu ve şekli, hem NHS desenli hem de GFP modifiyeli yüzeyler arasında tutarlılık göstermekte olup, bu durum karbon pasivasyonlu yüzeylerin dikkate değer stabilitesini ve damgalama yaklaşımının seçiciliğini doğrulamaktadır.

Sunulan protokol, basit ve düzenli tek katmanları destekleyebilen herhangi bir substrata evrensel olarak uygulanabilen, mürekkepsiz bir mikro temas baskı yöntemidir. Süreç, mürekkebin damgadan yüzeye aktarılmasına dayanmadığı için, geleneksel ve reaktif mikro temas baskı yöntemlerindeki difüzyon kaynaklı çözünürlük sınırlaması ortadan kaldırılmıştır.

Nanoboyutlu nesnelerin rutin üretimine olanak tanır. Birincil, yüksek derecede düzenli bir moleküler sistemin entegrasyonu, alttaki yarı iletkenin oksidasyon hasarına karşı tam korunmasını sağlar. CHE seçici patentlerin oluşumu, çeşitli biyolojik ve organik moleküller için özel olarak çözümlenmiş bağlanma noktaları sağlar.

Serbest ve aktive edilmiş karboksik asit gruplarının farklı aktivitelerini kullanarak, oluşturulan desenler üzerine histojenik olarak sağlam proteinleri sabitleyebildik. Ancak, bu yöntem yalnızca histojenik olarak sağlam proteinlerle sınırlı değildir; DNA'lar ve antikorlar gibi diğer biyomoleküllerin immobilizasyonu için de kullanılabilir. Bu videoyu izledikten sonra, pasivize edilmiş silikon veya germanyumun bir moleküler sistem ve katalitik desenle nasıl modifiye edileceği konusunda iyi bir anlayış kazanmış olmalısınız.

NHS modifiyeli substratlar. Bu prosedürü uygularken, temiz ve tozsuz bir ortamda çalışmaya dikkat etmek önemlidir. Ayrıca, HF ve nanos.Stripp gibi tehlikeli materyallerle çalışırken gerekli güvenlik önlemlerinin alınması önemlidir.