Überblick 1 cp microcontactprinting( cp) prinzipvon cp ... ·...
TRANSCRIPT
Micro Contact Printing (µCP)
Fabian [email protected]
Universität Bielefeld
Vortrag im Nanobiotechnologie / Molekulare NanotechnologieSeminar
9. Juni 2010
1 / 27
Überblick
1 µCPPrinzip von µCPAuftretende LimitationenLösungsansätze
2 AnwendungenµCP von SAMsµCP LithographieµCP von ProteinenµCP von DNAµCP von Nanopartikeln
2 / 27
Motivation
Wofür Micro contact Printing?
Einfache und günstige Vervielfältigung von StrukturenErsetzt Photolithographie (teuer, aufwändig, benötigtReinraum)
3 / 27
1 µCPPrinzip von µCPAuftretende LimitationenLösungsansätze
2 AnwendungenµCP von SAMsµCP LithographieµCP von ProteinenµCP von DNAµCP von Nanopartikeln
4 / 27
Prinzip von µCP: Herstellung eines Stempels
1 Herstellung eines Masters(z.B. mit herkömmlicherPhotolithographie)
2 PDMS über den Mastergießen
3 PDMS aushärten lassen
4 Stempel abheben
5 / 27
Prinzip von µCP: Stempeln
6 / 27
Prinzip von µCP: Stempelmaterialien
PDMS
Polydimethylsiloxan. Ein Polymer auf Siliziumbasis (“Silikon“)Am häufigsten benutztes Stempelmaterial für µCP
andere Materialien
Poly(ether-esther)Poly(urethane acrylate) (Härtet unter UV-Licht aus)
7 / 27
Auftretende Limitationen
Möchte man Strukturen kleiner als ≈ 1 µm herstellen stößt manauf mehrere Herausforderungen:
StempeldeformationenAufquellen des Stempels beim BenetzenHydrophobizität von PDMSSiloxan-VerunreinigungenDiffusion der Tinte auf der gestempelten OberflächeSaubere Trennung von Master und Stempel schwierig
8 / 27
Stempeldeformationen
A: PaarbildungB: StauchungC: Durchhängen
Lösungsansätze
Stempel dünn machen mit stabiler RückplatteVerstärkung der Seitenwände durch zus. Polymerisierung vonpoly(x-xylylene)Verwendung eines automatischen Stempelsystems, welchesgenau definierte Kräfte ausübt 9 / 27
Aufquellen
Der Stempel quillt bei Kontakt mit bestimmen Lösungsmitteln(z.B. Toluol) auf
Lösungsansätze
Lösungsmittel, die den Effekt auslösen, vermeiden.Benutzung eines “Stempelkissens“ ⇒ Nur der untere Teil desStempels wird der Lösung ausgesetzt
10 / 27
Hydrophobizität von PDMS
Bei manchen Experimenten möchte man hydrophile Tintebenutzen. PDMS ist jedoch Hydrophob.
Lösungsansätze
Oxidierung der Oberfläche durch ein Sauerstoff-Plasma⇒ Es bildet sich eine SiO2 Schicht an der OberflächeVerwendung anderer Stempelmaterialien
11 / 27
Siloxan-Verunreinigungen
Nicht alle Ausgangsmoleküle werden bei der Bildung des Polymersverbraucht. Beim Stempeln können diese Verunreinigungenübertragen werden.
Lösungsansätze
Waschen des Stempels mit Heptan (Aber: Kann bis zu 1Woche dauern)UV-Ozon-Behandlung
12 / 27
Diffusion der Tinte auf der gestempelten Oberfläche
1 Mobilität der Tinte führt zu einerAusbreitung der Tinte auf derOberfläche
2 Diffusion der Tinte durch dieumgebende gasförmige Umgebung
Lösungsansätze
1 Variation von Stempelzeit und Konzentration der Tinte2 Abhängig von den Parametern: Dampfdruck der Tinte,
Temperatur, Feuchtigkeit
13 / 27
Trennung von Master und Stempel
Master und Stempel lassen sich nur schwer trennen, kleine Featuresgehen kaputt.
Lösungsansätze
Bei SiO2 Master: Passivierung der Oberfläche durchBehandlung mit HF oder Behandlung mit SDS (einem Tensid)Bei InP Master: Benetzung der Oberfläche mit bestimmtenSAMs
14 / 27
1 µCPPrinzip von µCPAuftretende LimitationenLösungsansätze
2 AnwendungenµCP von SAMsµCP LithographieµCP von ProteinenµCP von DNAµCP von Nanopartikeln
15 / 27
µCP von SAMs
SAM: Self-assembled monolayer
Eine Selbstorganisierende Monoschicht bildet sichspontan auf Metallen aus Alkanthiolen,Trichlorsilan oder Fettsäuren durch Annahme desenergetisch günstigsten Zustands.
Anwendungen
Veränderung der Oberflächeneigenschaften(Adhäsion, Benetzungseigenschaften, chemischeResistivität)
⇒ z.B. Produkte fürWindschutzscheiben, die die OberflächeHydrophob machen
Micro-/Nanoelectromechanical systems
Ätzmaske (→ µCP Lithographie)
16 / 27
µCP Lithographie
SAMs aus bestimmen Stoffenschirmen die Oberfläche vonSäuren ab. Die unbedecktenStellen werden weggeätzt, diebedeckten Stellen bleibenerhalten
17 / 27
Kurzer Ausblick: Microimprint Lithographie
18 / 27
µCP von Proteinen
ZielHerstellung von strukturiertenProteinstrukturen
Anwendungen
Biosensoren
19 / 27
µCP von ProteinenAffinity Contact Printing
Abbildung: Drucken mehrerer Proteine gleichzeitig
20 / 27
µCP von DNA
Ziel
Fabrikation von DNA-Arrays
DNA-Microarrays
finden Anwendung in der Genomanalyse, der Diagnostik und beiUntersuchungen der differenziellen Genexpression. Dienenhauptsächlich dazu, die mRNA-Menge bestimmter Gene oder rRNAbestimmter Organismen nachzuweisen (meistens durch eingebrachteFluorophore).
Bisherige Methoden zur Fabrikation von DNA-Arrays funktionierensequentiell ⇒ µCP als parallele und schnellere Methode benutzen
21 / 27
µCP von DNA
22 / 27
µCP von Nanopartikeln
ZielDefinierte Arrays aus Monolagen vonNanopartikeln
Anwendungen
Biosensoren
23 / 27
µCP von Nanopartikeln
Abbildung: (a) Linien (b) Vierecke (c) zweimal nacheinander Linien mitStempeldrehung (d) Rand einer Nanopartikel-Monolage. (a-c) REM, (d)TEM 24 / 27
Zusammenfassung
Micro Contact Printing ist eine günstige und einfache Methodeum verschiedene Aufgaben zu lösen
µCP Lithographie ⇒ Erspart aufwändige PhotolithographieStrukturiertes Aufbringen von Tinte unterschiedlichsterZusammensetzung
Bis Strukturgrößen von ≈ 1 µm einfach, danach tretenunterschiedliche Probleme auf
25 / 27
↘
Vielen Dank für dieAufmerksamkeit
↗
26 / 27
Literatur
27 / 27