ATRP-Synthese von Poly(N-Isopropylacrylamid)-Bürsten in wässrigem Medium und Anpassung des Nano-Plotters zur Beschichtung von Mikrocantilever-Sensoren

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit ist die Synthese von Polymerbürsten auf Silizium durch Aufbringen der Reaktionslösung mit einem Pipettiersystem. Dies ist für die Beschichtung von Microcantilever Sensoren interessant, um spezifische Fühler mit funktionellen Polymerschichten, die auf chemische oder physikalische Einflüsse reagieren, zu bauen. Bisherige Synthesemethoden werden in Lösung durchgeführt. Atom Transfer Radical Polymerization ist etabliert, um definierte Schichten von Polymerbürsten herzustellen. Die Kombination mit einer “Spot Printing”-Technik kann eine Alternative sein, um einzelne Cantilever mit einer Breite von 90 μm und einer Länge von 750 μm zu beschichten. Dafür wurde eine Chemie getestet, die mit dem Pipettiersystem Nano-Plotter der Firma Gesim umsetzbar ist. Aus einer Mischung aus Wasser und DMF wurden Poly(N-Isopropylacrylamid)-Bürsten auf Silizium mit Schichtdicken bis zu 40 nm hergestellt. Es war nötig den Nano-Plotter anzupassen, damit zum einen auf die Microcantilever Sensoren pipettiert werden kann und zum andern die Nanoliter großen Tropfen über den Reaktionszeitraum stabil sind. Auf diese Weise konnten Linien mit einer Schichtdicke von ca. 2 nm auf Siliziumwafer hergestellt werden. Die “Spot-Printing” Methode ist daher eine gute Ergänzung zur herkömmlichen Synthese.

The aim of this work is the synthesis of polymer brushes on silicon by applying the reaction solution with a pipetting system. This is interesting for the coating of Microcantilever Sensors to build specific probes with functional polymer layers which react on chemical or physical effects. Up to now the synthesis is done in solution. As polymerization technique Atom Transfer Radical Polymerization is in place to get defined polymer brushes. The combination with a “Spot Printing”-method is an alternative to coat single cantilevers with the width of 90 μm and length of 750 μm. Therefore a chemistry was tested which suits the conditions of pipetting system Nano-Plotter from Gesim. In a mixture of water and DMF poly(N-isopropylacrylamide) brushes were synthesized on silicon. The layer thickness varied from 4 to 40 nm depending on the molecularweight. It was necessary to adapt the Nano-Plotter for pipetting on the Microcantilever Sensors and for keeping the nanoliter droplets stable over the reaction time. In this manner lines of polymer brushes were synthesized on silicon wafer with a layer thickness of 2 nm. The “spot printing”-method is a good extension of the common synthesis.