マイクロ・ナノエレクトロニクス材料

PDMS表面改質キット

アルドリッチはクレムソン大学とペンシルバニア州立大学と共同で表面改質キットを開発致しました。このキットで、さまざまなポリジメチルシロキサン(PDMS)表面を長期間親水性に改質することができます。

このキットは I. Luzinov教授(クレムソン大学、米国)のグループによって開発された、疎水性のPDMS表面を親水性のポリマー層でグラフト処理する「高分子固着層法(macromolecular anchoring layer approach)」に基づいています1-3。親水性PDMS表面を用いた応用例の一つがマイクロコンタクトプリンティングです。図1に親水性インクのナノインプリント処理の比較を示します。それぞれ、未処理、酸素プラズマ処理、本キットで改質したPDMS表面の写真です。

未処理酸素プラズマ処理_1回スタンプ酸素プラズマ処理_2回スタンプ
本キットで処理_1回スタンプ本キットで処理_10回スタンプ

図1 異なるPDMS表面処理により作成された金属基板への親水性電子セラミックインク(electroceramic ink)のインプリント(写真はペンシルバニア州立大学のSusan Trolier-McKinstry教授より提供)
(a) 未処理の表面。うまく転写できません。 (b) 酸素プラズマ処理した表面に1回スタンプ (c) 酸素プラズマ処理した表面に4回スタンプ (d) 本キットで処理した表面に1回スタンプ (e) 本キットで処理した表面に10回スタンプ

<キット内容>

Surface Modification Kit(Aldrich製品番号: 701912

  • Solution A (Glycidyl methacrylate based polymer): 10 mL
  • Solution B (Acrylamide/acrylic acid based polymer): 4 mL

※推奨溶液(このキットには含まれていません)

  • Ethanol (SAJ製品番号: 09-0850
  • 2-Butanone (SIAL製品番号: 34861
  • Water (Aldrich製品番号: 320072

PDMS表面親水性処理の模式図

図2 PDMS表面親水性処理の模式図

標準的な表面改質手順

  • 前処理

    PDMSの表面を、1分間の低周波空気プラズマ処理によって活性化します。

  • 予備すすぎ

    プラズマで活性化されたPDMSサンプルを、エタノールで少なくとも10分間洗浄してすすぎます。すすぎは3回繰り返します。その後、サンプルを少なくとも15分間空気乾燥させます。このようにして得られた活性化PDMS表面に対する水の接触角は、25~40°の範囲であると予測されます。

  • 最初の改質ステップ

    前ステップで調製したサンプルを水平に置き、その表面を溶液A(一般的に、表面1平方インチ(=6.45平方センチ)につき約1 mL)で被覆します。サンプルを周囲条件で20~30分間乾燥させた後、窒素またはアルゴン中で30分間、110℃でアニールします。

  • すすぎ

    アニールしたサンプルを、メチルエチルケトンで10分間ずつ3回すすぎます。その後、サンプルを少なくとも30分間空気乾燥させます。

  • ポリマーグラフト

    6 mLのエタノールを、溶液Bが入った容器に加えます。混合物を注意深く撹拌し均一化します。前ステップで調製したサンプルを水平に置き、改質しようとする領域を均質な溶液で完全に被覆し表面処理します。通常、溶液は表面1平方インチ(=6.45平方センチ)あたり約1mLを使用します。サンプルを周囲条件で20~30分間乾燥させ、その後80℃で14時間にわたってアニールします。最後に、サンプルを水で十分すすいで残ったポリマーを洗い流し、室温で空気乾燥させます。

処理後、水で効果的に表面を濡らした場合、水の接触角は25~35°の範囲であると推測されます。得られたPDMS表面は親水性インクと親和性が高くなり、多くのプリント用途に適したものとなります。

References

  1. Zdyrko, B.; Klep, V.; Luzinov, I. Material Matters 2008, 3(2), 44.
  2. Nagata, S.H.; Ko, S.W.; Hong, E.; Randall, C.A.; Trolier-McKinstry, S. J. Am. Ceram. Soc. 2006, 89, 2816.
  3. Nie, Z.; Kumacheva, E. Nature Materials 2008, 7(4), 277.
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