Σχηματοποίηση επιφανειών με πολυμερικά φωτοευαίσθητα υλικά για βιο-εφαρμογές

Abstract

The aim of this thesis is to create functional surfaces in predefined areas for bio-applications. The interest in applying biomolecules on surfaces for development of devices such as biosensors and microelectromechanical systems (bio-MEMs) has grown significantly in recent years. Orthogonal processing of organic materials such as fluorinated polymers and solvents has found applications in polymeric semiconductors and provides the ideal material system for discovering new patterning methods. Photolithography although is a common patterning technique that allows high resolution and precise alignment, and is a highly efficient process, has the disadvantage that it requires harsh developers and exposure conditions, such as elevated temperature, that denature biomolecules. Hydrofluoroethers are non-toxic, environmentally friendly solvents, as well as chemically benign for non-fluorinated organic electronics. In this work, surfaces with areas that have different functionalities as well as alarge difference in hydrophilicity were fabricated. High content fluoro-polymers were used and evaluated as lithographic materials as well as regarding their ability to change the active surface groups due to lithographic process. Surfaces developed by lithography have areas rich in fluoro-compounds (non-exposed areas) and areas rich in carboxyl groups (exposed areas). The patterned surfaces were studied for the selective adhesion of proteins and cells to the exposed versus the non-exposed areas either due to the difference in hydrophilicity of the two regions or by utilizing the different functional groups to immobilize biomolecules in the exposed regions.

Σκοπός της διδακτορικής διατριβής είναι η σχηματοποίηση επιφανείων μέσω της λιθογραφικής διαδικασίας και η εναπόθεση ενός ή περισσοτέρων βιομορίων σε συγκεκριμένες θέσεις της επιφάνειας. Τα τελευταία χρόνια υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον, κυρίως στην περιοχή των βιοαισθητήρων, για την ακινητοποίηση βιομορίων σε συγκεκριμένες περιοχές πάνω σε μια επιφάνεια, αλλά και διαφορετικά βιομόρια πάνω στην ίδια επιφάνεια, πάνω σε αυτήν την κατεύθυνση έχουν αναπτυχθεί αρκετές μέθοδοι σχηματοποίησης. Η βασική αρχή λειτουργίας τους είναι η αλληλεπίδραση μορίων στόχων με συμπληρωματικά ακινητοποιημένα μόρια που βρίσκονται στη μικροσυστοιχία. Μία τεχνική σχηματοποίησης είναι η φωτολιθογραφία. Στη φωτολιθογραφία μεταφέρετε μέσω της υπεριώδους ακτινοβολίας ένα γεωμετρικό σχήμα από μια μάσκα αρχικά σε ένα φωτοευαίσθητο υμένιο και στη συνέχεια στην επιφάνεια που καλύπτει. Η φωτολιθογραφία, παρόλο που είναι μια υψηλής απόδοσης τεχνική σχηματοποίησης που επιτρέπει την υψηλή ανάλυση και την ακριβή ευθυγράμμιση έχει το μειονέκτημα ότι απαιτεί ισχυρούς διαλύτες και συνθήκες έκθεσης, όπως αυξημένη θερμοκρασία, που μετουσιώνουν τα βιομόρια. Είναι δυνατό όμως να βρεθεί φωτολιθογραφία με ορθογώνια χαρακτηριστικά ως προς τα βιομόρια με τη χρήση ορθογώνιων διαλυτών και ορθογώνιων φωτοπολυμερών τα οποία δε διαλύουν ή καταστρέφουν ένα προεναποτιθέμενο στρώμα οργανικού υλικού και δεν αντιδρούν με τα οργανικά υλικά. Αυτά τα φωτοπολυμερή βασίζονται στη χημεία φθορίου και διαλύονται σε φθοριωμένους διαλύτες. Οι υψηλά φθοριωμένοι διάλυτες δεν αντιδρούν με μη φθοριωμένα υλικά. Οι υδροφθοροαιθέρες είναι μη τοξικοί, φιλικοί προς το περιβάλλον διαλύτες, καθώς και χημικώς αδρανείς προς τα μη φθοριωμένα υλικά των οργανικών ηλεκτρονικών. Στην εργασία αυτή δημιουργήθηκε μια συστοιχία βιομορίων χρησιμοποιώνταςτη μέθοδο της οπτικής λιθογραφίας. Χρησιμοποιήθηκαν τρία πολυμερή πλούσια σε φθορο-ομάδες και αξιολογήθηκαν ως λιθογραφικά υλικά και ως προς την ικανότητά τους να αλλάζουν τις διαθέσιμες ενεργές ομάδες της επιφάνειας μετά τη λιθογραφική διαδικασία. Οι επιφάνειες που αναπτύχθηκαν μέσω λιθογραφίας, έχουν περιοχές πλούσιες σε φθορο-ενώσεις (μη εκτεθειμένες περιοχές) και περιοχές πλούσιες σε καρβοξυλομάδες(εκτεθειμένες περιοχές). Οι σχηματοποιημένες επιφάνειες μελετήθηκαν για την επιλεκτική προσκόλληση πρωτεϊνών και κυττάρων στις εκτεθειμένες έναντι των μη εκτεθειμένων περιοχών είτε λόγω της διαφοράς στην υδροφιλικότητα των δύο περιοχών είτε αξιοποιώντας τις διαφορετικές λειτουργικές ομάδες για την ακινητοποίηση βιομορίων στις εκτεθειμένες περιοχές.