The authors have no acknowledgements.

逐次付加を介してCMP薄膜の合成1。 <ol><li>マイカ上に金の自己組織化単分子膜（SAM）機能化。 <ol><li>エタノール中の11-チオアセチルウンデカン酸-プロパルギルアミド14の1 mM溶液（SAM-液）を準備します。溶液が透明になるまで超音波浴を用いて混ぜます。アルミ箔を用いた光からボトルを保護します。 </li><li>アルゴン下、金雲母のウエーハを得ます。貯蔵容器からの撤退後18時間SAM-溶液に直接マイカウェハを浸します。 </li><li>窒素気流下エタノールとドライですすぎ、SAM-溶液から準備金雲母ウエハを取ります。その後、光から不活性ガス下で保護された基板を格納します。 </li></ol></li><li>前駆体溶液。 <ol><li> 18.64 mgの銅触媒（テトラキス（アセトニトリル）銅（I）ヘキサフルオロリン酸）、20.83ミリグラムのテトラフェニルメタン（TPM）-alkyne及び24.22ミリグラムTPM - アジドを計量し、独立したシュレンクフラスコ中に各コンポーネントを記入してください。TPM-アルキンとTPM-アジ化については、図1を参照してください 、合成は、 文献 15に記載されています。避難し、不活性ガス（N 2またはアルゴン）で3回補充します。 </li><li>各シュレンクフラスコに25ミリリットルの水を含まないテトラヒドロフラン（THF）を追加します。アルミ箔を用いた光からTPMアジドとTPM-アルキンとフラスコを保護します。 </li></ol></li><li> CMPの製造のための装置を準備します。 注：合成装置は、 図2に示されています。 <ol><li> 250ミリリットル1口丸底フラスコを使用してください。 130ミリリットルのTHFに記入してください。アルキンでコーティングされた準備した基板を入れ、サンプルコンパートメントにSAMを終了しました。基板が直立されるように、試料ホルダーを使用してください。 </li><li>還流冷却器の上部に接合を介しシュレンクラインに装置を接続します。 </li><li> 3回避難し、不活性ガスで換気します。 </li></ol></li><li>不活性条件下順次追加。 <ol><li> 90℃に加熱器を設定し、THFは再ですまで待ち​​ますフラックス。 </li><li>サンプルコンパートメントの底部に排出口の上にサンプルコンパートメントからTHFをしてみましょう。コンセントを閉じます。 </li><li>隔壁を有するスクリューキャップを経由してサンプルコンパートメントに準備されたTPM - アジド溶液1mlとCu（I）触媒溶液0.5mlを与えます。反応装置へのシュレンクフラスコからソリューションを順次転送するために中空の針と注射器を使用してください。注意：シーケンスは、反応に影響を及ぼさありません。 </li><li>約30分待ちます。 </li><li>サンプルコンパートメントの底部に排出口の上に反応溶液をしてみましょう。口を閉じて、サンプルを洗浄するための凝縮THFを収集します。約30分待ちます。 </li><li>サンプルコンパートメントの底部に排出口の上にリンス液をしましょう​​。コンセントを閉じます。 </li><li>隔壁を有するスクリューキャップを経由してサンプルコンパートメントに準備されたTPM-アルキン溶液1mlとCu（I）触媒溶液0.5mlを与えます。中空で注射器を使用します針は、反応装置へのシュレンクフラスコからの溶液を順次転送します。注意：シーケンスは、反応に影響を及ぼさありません。 </li><li>約30分待ちます。 </li><li>サンプルコンパートメントの底部に排出口の上に反応溶液をしてみましょう。口を閉じて、サンプルを洗浄するための凝縮THFを収集します。約30分待ちます。 </li><li>反復は、層の所望の量に到達するまで1.4.9 1.4.3するステップ。注：1つの層が1nm程度の厚さです。 </li><li> 、CMP被覆マイカ基板を取り出し、THF、エタノールでそれを洗浄し、窒素気流下でそれを乾燥させます。 </li></ol></li></ol> CMPナノ薄膜の2転送<ol><li>ポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）の溶液。 <ol><li>酢酸エチル中4％（重量）、PMMA（M 996キロダルトン）の溶液を調製します。溶液が透明になるまで超音波浴を用いて、PMMAを溶解します。 </li></ol></li><li> PMMA溶液のスピンコーティング。 <ol><li> RAにスピンコーターを設定0〜4000 RPMからのMP時間10秒、40秒の時間を保持し、4000から0 RPMまでの時間10秒をランプアップします。 </li><li>スピンコーターのCMPコーティングされたマイカ基板を配置し、それが完全に覆われるまで、ウェハ上にPMMA液を入れました。スピンコーターを開始します。 </li><li>スピンコーティングが完了した後、90℃の加熱板上で5分間サンプルを置きます。 </li><li>コー​​ティングされたマイカ基板の各エッジから1ミリメートルをカット。エッジをカットするはさみを使用してください。 </li></ol></li><li> PMMAの譲渡は、CMPナノ膜をコーティングしました。 <ol><li> O KI / H 2 / I 2の溶液を調製し（1：4：40メートル/ m / m）のとKI / H 2 Oの（1:10 m / m）の 。 </li><li>結晶皿150ミリリットルのI 2 / KI H 2 O溶液を記入し、結晶皿100ml中のKI / H 2 O溶液を記入してください。 I 2 / KI / H 2 O溶液の上に、この溶液に接触してマイカで、マイカ基板上にコーティングされたPMMAのCMP金を入れてください。それは沈まないように注意してください。少なくとも5分待ってください。 </li><li>液に接触したマイカで、KI / H 2 O溶液の上に、I 2 / KI / H 2 O溶液から、PMMAコーティングされたCMP金雲母基板を置きます。それは沈まないように注意してください。少なくとも5分待ってください。 </li><li>結晶皿250mlの蒸留水を記入してください。雲母からPMMA / CMP /金膜を取り除きます。蒸留水に、一方の端から始めて、少し基板を浸漬することによってこれを行います。マイカは水を指しているように、基板を保持します。注：手順は、 図3に示されています。 </li><li>ディップコートシリコンウェハ上にPMMA / CMP /ゴールド。それは水泳PMMA / CMP /金膜の端に触れるまでウェハでゆっくりとPMMA / CMP /金に接近することによってこれを行います。 SiウエハをPMMA / CMP /金膜に接していると、ゆっくりとシリコンウエハを引き出します。 </li><li>シリコンウエハからPMMA / CMP /金膜を取り除きます。わずか1編から始まり、基板を浸漬することによってこれを行いますI 2 / KI / H 2 O溶液中のGe、。 15分待ってください。 </li><li>金を完全にエッチングした後、シリコンウェハを介して水にPMMA / CMP膜を転送します。 15分待ってください。 </li><li>水でメンブレンを洗浄するための手順を繰り返し2.3.7 3回。 </li><li>ステップ2.3.5で説明した方法を経由して、所望の基材、 例えば、顕微鏡スライドまたは金コーティングされたシリコンウエハに洗浄し、PMMA / CMP膜を転送します。少なくとも2時間、空気中のPMMA / CMP基板を乾燥させてください。 </li></ol></li><li> PMMAの溶解。 <ol><li>アセトンでPMMA / CMP基板を置きます。 30分待ってください。基板を取り出し、アセトンでそれをすすいでください。 </li><li>繰り返しステップ2.4​​.1 3回。 </li><li>少なくとも2時間のCMP基板を乾燥させてください。 </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

CMP-フィルムの合成用触媒の溶液を新鮮にする必要があります。壊れた触媒（ すなわち、酸化された）を、溶液の青色着色によって示されます。新鮮な溶液は無色です。 重要な点は、スピンコートPMMA後マイカ基板の端部を切断することです。また、基板の欠陥をカットする必要があり、 すなわち、各スポットは、PMMAが見つからないため、金層の、マイカ基板に接触して来ることができました。そうでなければ、金層を容易マイカ基板から剥離することができません。剥離が1端または隅で開始した後も、マイカ基板から金層の剥離についての金層が完全に切り離されるまで、一つはこのエッジで継続すべきです。 水浴からヨウ素溶液または水にヨウ素溶液から例えばシリコンウェーハとPMMA / CMP膜の転送、中には、することが重要です膜は乾燥しません。膜は、Siウエハ上で乾燥後、再度それを切り離すことはほとんど不可能です。 PMMAを溶解した後、各洗浄工程は慎重に行うべきです。膜からのオーバーラップエッジは、基板からの膜の除去につながることができます。 現時点でのサンプルの大きさは、試料室のサイズによって制限されます。各サイクルは約2時間を必要とするため製造さCMP膜の厚さは、反応時間によって制限されます。少ない労働集約的な合成のための反応装置は、サイフォンを追加することによって変更することができます。結果として、サンプルコンパートメントは、ソックスレー抽出に匹敵する、自動的に空になります。 我々の技術は、極薄の共役ポリマー微孔性膜の処理及びCMPのナノ薄膜を得るために、犠牲基板の使用を組み合わせます。 CMPのナノ薄膜の合成が原因でまだできませんでした粉末CMPの低い加工。 他の技術と比較して、実施例SURMOFs 7の産生のために、我々は、使用する溶媒の量に減少を達成しました。特にSURMOF生産の場合にすすぎ工程を伴う還流THFを使用し、この場合には、溶媒の高い消費を有し、我々は大幅にTHFの消費を減少させる可能性があります。 私たちは、提示された方法は、細孔サイズおよび化学的親和性を制御することによって選択性と透過性を微調整するための可能性の気体中のアプリケーションと液相分離を見つけることを期待しています。また、このような触媒反応、検出、または有機エレクトロニクスのような他の用途に適した機能構築ブロックからCMP材料のモジュラー合成は、また、記載の処理方法から利益を得ることができます。

The preparation of ultra-thin polymer membranes is of high interest for applications in gas separation and nanofiltration. Challenges in the synthesis are represented by (a) the control of the membrane thickness and the homogeneity and (b) transfer of such fragile membranes. To overcome challenge (a), molecular layer-by-layer synthesis1 has shown great promise in controlling the thickness and homogeneity of thin films grown at the solid-liquid interface.2,3 Controlling the number of layers linearly controls the film thickness. The l-b-l method has been successfully used to fabricate surface mounted metal organic frameworks (SURMOFs),4-7 also the synthesis of thin polymer films via l-b-l reaction of polymer chains was demonstrated.8 The challenge (b) concerns the handling of these ultra-thin membranes. To avoid rupture or wrinkling of the nanomembranes sacrificial supports of coatings have shown great promise. 9
Here we will present a detailed protocol for synthesis of conjugated microporous polymer (CMP)10-13 thin films through sequential addition of the molecular building blocks, with desired thickness and composition. The preparation of free-standing CMP nanomembranes is achieved by using a sacrificial support. To handle and transfer the CMP nanomembranes to other supports we will describe a simple protocol to protect the membranes with sacrificial coatings and their upfloating to the liquid air interface and subsequent transfer using dip-coating.

<table><tbody><tr><td>Acetone</td><td>VWR BDH Prolabo</td><td>20066.330</td><td>AnalR NORMAPUR</td></tr><tr><td>Potassium iodide</td><td>VWR BDH Prolabo</td><td>26846.292</td><td>AnalR NORMAPUR</td></tr><tr><td>Ethyl acetate</td><td>VWR BDH Prolabo</td><td>23882.321</td><td>AnalR NORMAPUR</td></tr><tr><td>Tetrahydrofuran (THF)</td><td>VWR BDH Prolabo</td><td>28559.320</td><td>HiPerSolv CHROMANORM</td></tr><tr><td>THF waterfree</td><td>Merck Millipore</td><td>1.08107.1001</td><td>SeccoSolv</td></tr><tr><td>Iodine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>20,777-2</td><td></td></tr><tr><td>Tetrakis(acetonitrile) copper(I) hexafluoro-phosphate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>346276-5G</td><td></td></tr><tr><td>Poly(methyl methacrylate) 996 kDa (PMMA)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>182265-25G</td><td></td></tr><tr><td>1.1.1.1 Methanetetrayltetrakis(4-azidobenzene) (TPM-azide)</td><td></td><td></td><td>Provided by AK Prof. Br&amp;auml;se. Institute of organic chemistry, Karlsruhe Institute of Technology. Synthesized according to &lt;sup&gt;9&lt;/sup&gt;.</td></tr><tr><td>1.1.1.1 Methanetetrayltetrakis(4-ethinylenebenzene) (TPM-alkyne)</td><td></td><td></td><td>Provided by AK Prof. Br&amp;auml;se. Institute of organic chemistry, Karlsruhe Institute of Technology. Synthesized according to &lt;sup&gt;9&lt;/sup&gt;.</td></tr><tr><td>11-thioacetyl-undecaneacid propargylamide</td><td></td><td></td><td>Provided by AK Prof. Br&amp;auml;se. Institute of organic chemistry, Karlsruhe Institute of Technology. Synthesized according to &lt;sup&gt;8&lt;/sup&gt;.</td></tr><tr><td>gold/titan coated silicium-wafer</td><td>Georg Albert PVD, 76857 Silz, Germany</td><td></td><td></td></tr><tr><td>gold coated mica</td><td>Georg Albert PVD, 76857 Silz, Germany</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

layer-by-layer synthesis and transfer of freestanding conjugated microporous polymer nanomembranes

CMPのような大きな表面積材料は、それらのその優れた熱的および化学的安定性と組み合わせた官能基を組み込むことで高い可変性​​、及び低濃度に、最近関心を集めています。例えば、スピンコーティングなどの通常適用技術が利用できないので、それらの不溶性の性質は、それらの処理に問題を引き起こします。特にCMP薄膜としての処理が望まれる膜の用途のために、処理上の問題は、それらの商業的用途を妨げてきました。 ここでは、分子層ごと（LBL）合成により官能化基材上に、CMP薄膜の界面合成が記載されています。このプロセスは、所望の厚さおよび組成、さらには所望の組成勾配を有するフィルムの製造を可能にします。 犠牲支持体の使用は、後に、支持体の溶解によって自立膜の製造を可能にします合成。このような超薄型自立膜を処理するには、犠牲コーティングと保護は、ナノ薄膜の破裂を避けるために、大きな期待を示しました。所望の基板にナノ薄膜を転送するには、コーティングされた膜は、気液界面でのupfloatedした後、ディップコーティングを介して転送されます。

膜は、赤外反射吸収分光法（IRRAS）によって特徴付けられる。16 図4は、金のウエハに転写CMP-膜からIRRA-スペクトルを示します。芳香族骨格の振動からの典型的なバンドは1605センチメートル-1、1515センチメートル-1と1412センチメートル-1です。未反応のアルキン及びアジド基が2,125 -1および1,227 -1で特徴的なバンドによって観察することができる。 図5は、走査電子顕微鏡（SEM）像を示します。自立膜がはっきりと見えます。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53324/53324fig1highres.jpg" width="550" /> 図1.分子ビルディングブロック。（A）TPM-アルキンおよび（B）TPM-アジの分子構造<a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53324/53324fig1large.jpg" target="_blank">。P1の</a>容易にこの図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/53324/53324fig2highres.jpg" width="700" /> 図2.反応装置。CMP薄膜の層ごとの合成のために設定します。この装置は、THF、還流冷却器にTHF蒸気を導く蒸気管用の貯水池として1口丸底フラスコで構成されています。 THF縮合物は、試料室に集められます。化学物質は、隔壁を有するスクリューキャップの上に挿入することができます。サンプルコンパートメントは底の出口から空にされる。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53324/53324fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/53324/53324fig3highres.jpg" width="500" /> 図3.マイカを削除します。 </stroNG&gt; PMMA / CMP膜は、マイカ基板の端部から離れ始めています。 PMMA / CMPの半分が水の上に浮いている、残りの半分はまだマイカ基板に取り付けられている。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53324/53324fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/53324/53324fig4highres.jpg" width="700" /> 図4. IRRA-スペクトル。金ウエハに転写CMP-膜からIRRA-スペクトル。 1605、1515および1412センチメートルで芳香族骨格の振動からバンドは-1 CMP-膜に特徴的。 CDの振動が使用される背景に起因するものである。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53324/53324fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> CMP-膜の図5のSEM像。SEM-画像。自立膜がうまく表示されます。 （リンデマン、Pからの許可を得て転載らCHEMマーテル 26、7189 - 。。。。。7193.著作権2014年アメリカ化学会）を<a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53324/53324fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a>

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Layer-by-layer Synthesis and Transfer of Freestanding Conjugated Microporous Polymer Nanomembranes

In this paper we describe the interfacial synthesis of conjugated microporous polymers (CMP) on sacrificial substrates, and the dissolution of the substrate for the preparation of freestanding CMP nanomembranes. In addition, we will describe how the fragile nanomembranes can be transferred to other substrates.

層ごとの合成と自立共役高分子ナノ薄膜マイクロポーラスの譲渡

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in ...

layer-layer-synthesis-transfer-freestanding-conjugated-microporous

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

9.3K ビュー.  Karlsruhe Institute of Technology. In this paper we describe the interfacial synthesis of conjugated microporous polymers (CMP) on sacrificial substrates, and the dissolution of the substrate for the preparation of freestanding CMP nanomembranes. In addition, we will describe how the fragile nanomembranes can be transferred to other substrates.

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Fabrication of Large-area Free-standing Ultrathin Polymer Films

This procedure describes a method for the fabrication of large-area and ultrathin free-standing polymer films. Typically, ultrathin films are prepared using either sacrificial layers, which may damage the film or affect its mechanical properties, or they are made on freshly cleaved mica, a substrate that is difficult to scale. Further, the size of ultrathin film is typically limited to a few square millimeters. In this method, we modify a surface with a polyelectrolyte that alters the strength of adhesion between polymer and deposition substrate. The polyelectrolyte can be shown to remain on the wafer using spectroscopy, and a treated wafer can be used to produce multiple films, indicating that at best minimal amounts of the polyelectrolyte are added to the film. The process has thus far been shown to be limited in scalability only by the size of the coating equipment, and is expected to be readily scalable to industrial processes. In this study, the protocol for making the solutions, preparing the deposition surface, and producing the films is described.

We describe a method for the fabrication of large-area (up to 13 cm diameter) and ultrathin (as thin as 8 nm) polymer films. Instead of using a sacrificial interlayer to delaminate the film from its substrate, we use a self-limiting surface treatment suitable for arbitrarily large areas.

大面積自立超薄ポリマーフィルムの作製

This procedure describes a method for the fabrication of large-area and ultrathin free-standing polymer films.  Typically, ultrathin films are prepared ...

化学

Preparation of Highly Porous Coordination Polymer Coatings on Macroporous Polymer Monoliths for Enhanced Enrichment of Phosphopeptides

We describe a protocol for the preparation of hybrid materials based on highly porous coordination polymer coatings on the internal surface of macroporous polymer monoliths. The developed approach is based on the preparation of a macroporous polymer containing carboxylic acid functional groups and the subsequent step-by-step solution-based controlled growth of a layer of a porous coordination polymer on the surface of the pores of the polymer monolith. The prepared metal-organic polymer hybrid has a high specific micropore surface area. The amount of iron(III) sites is enhanced through metal-organic coordination on the surface of the pores of the functional polymer support. The increase of metal sites is related to the number of iterations of the coating process.
The developed preparation scheme is easily adapted to a capillary column format. The functional porous polymer is prepared as a self-contained single-block porous monolith within the capillary, yielding a flow-through separation device with excellent flow permeability and modest back-pressure. The metal-organic polymer hybrid column showed excellent performance for the enrichment of phosphopeptides from digested proteins and their subsequent detection using matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry. The presented experimental protocol is highly versatile, and can be easily implemented to different organic polymer supports and coatings with a plethora of porous coordination polymers and metal-organic frameworks for multiple purification and/or separation applications.

A procedure for the preparation of porous hybrid separation media composed of a macroporous polymer monolith internally coated by a high surface area microporous coordination polymer is presented.

リン酸化ペプチドの強化充実のためのマクロポーラスポリマーモノリスの高度に多孔性配位高分子コーティングの製造

We describe a protocol for the preparation of hybrid materials based on highly porous coordination polymer coatings on the internal surface of macroporous ...

Fabrication of the Thermoplastic Microfluidic Channels

In our lab, we have successfully isolated nucleic acids directly from microliter and submicroliter volumes of human blood, urine and stool using polymer/nanoparticle composite microscale lysis and solid phase extraction columns. The recovered samples are concentrated, small volume samples that are PCRable, without any additional cleanup. Here, we demonstrate how to fabricate thermoplastic microfluidic chips using hot embossing and heat sealing. Then, we demonstrate how to use in situ light directed surface grafting and polymerization through the sealed chip to form the composite solid phase columns. We demonstrate grafting and polymerization of a carbon nanotube/polymer composite column for bacterial cell lysis. We then show the lysis process followed by solid phase extraction of nucleic acids from the sample on chip using a silica/polymer composite column. The attached protocols contain detailed instructions on how to make both lysis and solid phase extraction columns.

Here we demonstrate how to fabricate thermoplastic microfluidic chips using hot embossing and heat sealing. Then we demonstrate how to use in situ light directed surface grafting and polymerization through the sealed chip to form the composite solid phase columns.

熱可塑性マイクロ流体チャネルの作製

In our lab, we have successfully isolated nucleic acids directly from microliter and submicroliter volumes of human blood, urine and stool using ...

生物学

Facile Synthesis of Worm-like Micelles by Visible Light Mediated Dispersion Polymerization Using Photoredox Catalyst

Presented herein is a protocol for the facile synthesis of worm-like micelles by visible light mediated dispersion polymerization. This approach begins with the synthesis of a hydrophilic poly(oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate) (POEGMA) homopolymer using reversible addition-fragmentation chain-transfer (RAFT) polymerization. Under mild visible light irradiation (&#955; = 460 nm, 0.7 mW/cm2), this macro-chain transfer agent (macro-CTA) in the presence of a ruthenium based photoredox catalyst, Ru(bpy)3Cl2 can be chain extended with a second monomer to form a well-defined block copolymer in a process known as Photoinduced Electron Transfer RAFT (PET-RAFT). When PET-RAFT is used to chain extend POEGMA with benzyl methacrylate (BzMA) in ethanol (EtOH), polymeric nanoparticles with different morphologies are formed in situ according to a polymerization-induced self-assembly (PISA) mechanism. Self-assembly into nanoparticles presenting POEGMA chains at the corona and poly(benzyl methacrylate) (PBzMA) chains in the core occurs in situ due to the growing insolubility of the PBzMA block in ethanol. Interestingly, the formation of highly pure worm-like micelles can be readily monitored by observing the onset of a highly viscous gel in situ due to nanoparticle entanglements occurring during the polymerization. This process thereby allows for a more reproducible synthesis of worm-like micelles simply by monitoring the solution viscosity during the course of the polymerization. In addition, the light stimulus can be intermittently applied in an ON/OFF manner demonstrating temporal control over the nanoparticle morphology.

This article describes a process for producing polymeric self-assembled nanoparticles using visible light mediated dispersion polymerization. Using low energy visible light to control the polymerization allows for the reproducible formation of self-assembled worm-like micelles at high solids content.

Photoredox触媒を用いた可視光媒介分散重合によるワームのようなミセルの簡便な合成

Presented herein is a protocol for the facile synthesis of worm-like micelles by visible light mediated dispersion polymerization. This approach begins ...

Creating Sub-50 Nm Nanofluidic Junctions in PDMS Microfluidic Chip via Self-Assembly Process of Colloidal Particles

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its transparency. Due to the softness of the PDMS material, however, it is challenging to use PDMS for building nanochannels. The channels tend to collapse easily during plasma bonding. In this paper, we present an evaporation-driven self-assembly method of silica colloidal nanoparticles to create nanofluidic junctions with sub-50 nm pores between two microchannels. The pore size as well as the surface charge of the nanofluidic junction is tunable simply by changing the colloidal silica bead size and surface functionalization outside of the assembled microfluidic device in a vial before the self-assembly process. Using the self-assembly of nanoparticles with a bead size of 300 nm, 500 nm, and 900 nm, it was possible to fabricate a porous membrane with a pore size of ~45 nm, ~75 nm and ~135 nm, respectively. Under electrical potential, this nanoporous membrane initiated ion concentration polarization (ICP) acting as a cation-selective membrane to concentrate DNA by ~1,700 times within 15 min. This non-lithographic nanofabrication process opens up a new opportunity to build a tunable nanofluidic junction for the study of nanoscale transport processes of ions and molecules inside a PDMS microfluidic chip.

We propose a simple self-assembly technique of silica colloidal nanoparticles to create a nanofluidic junction between two microchannels in polydimethylsiloxane (PDMS). Using this technique, a nanoporous bead membrane with a pore size down to ~45 nm was built inside a microchannel and applied to electrokinetic preconcentration of DNA samples.

コロイド粒子の自己組織化プロセスを介して、PDMSマイクロ流体チップ内のサブ50 Nmのナノ流体ジャンクショ​​ンを作成します

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its ...

工学

Preparation of Light-responsive Membranes by a Combined Surface Grafting and Postmodification Process

In order to modify the surface tension of commercial available track-edged polymer membranes, a procedure of surface-initiated polymerization is presented. The polymerization from the membrane surface is induced by plasma treatment of the membrane, followed by reacting the membrane surface with a methanolic solution of 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA). Special attention is given to the process parameters for the plasma treatment prior to the polymerization on the surface. For example, the influence of the plasma-treatment on different types of membranes (e.g.&#160;polyester, polycarbonate, polyvinylidene fluoride) is studied. Furthermore, the time-dependent stability of the surface-grafted membranes is shown by contact angle measurements. When grafting poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA) in this way, the surface can be further modified by esterification of the alcohol moiety of the polymer with a carboxylic acid function of the desired substance. These reactions can therefore be used for the functionalization of the membrane surface. For example, the surface tension of the membrane can be changed or a desired functionality as the presented light-responsiveness can be inserted. This is demonstrated by reacting PHEMA with a carboxylic acid functionalized spirobenzopyran unit which leads to a light-responsive membrane. The choice of solvent plays a major role in the postmodification step and is discussed in more detail in this paper. The permeability measurements of such functionalized membranes are performed using a Franz cell with an external light source. By changing the wavelength of the light from the visible to the UV-range, a change of permeability of aqueous caffeine solutions is observed.

A plasma-induced polymerization procedure is described for the surface-initiated polymerization on polymer membranes. Further postmodification of the grafted polymer with photochromic substances is presented with a protocol of conducting permeability measurements of light-responsive membranes.

複合表面グラフトと後置修飾法による光応答膜の調製

In order to modify the surface tension of commercial available track-edged polymer membranes, a procedure of surface-initiated polymerization is ...

生物工学

Electrophoretic Crystallization of Ultrathin High-performance Metal-organic Framework Membranes

We report the synthesis of thin, highly intergrown, polycrystalline metal-organic framework (MOF) membranes on a wide range of unmodified porous and non-porous supports (polymer, ceramic, metal, carbon, and graphene). We developed a novel crystallization technique, which is termed the ENACT approach: the electrophoretic nuclei assembly for the crystallization of highly intergrown thin films (ENACT). This approach allows for a high density of heterogeneous nucleation of MOFs on a chosen substrate via the electrophoretic deposition (EPD) directly from the precursor sol. The growth of well-packed MOF nuclei leads to a highly intergrown polycrystalline MOF film. We show that this simple approach can be used for the synthesis of thin, intergrown zeolite imidazole framework (ZIF)-7 and ZIF-8 films. The resulting 500 nm-thick ZIF-8 membranes show a considerably high H2 permeance (8.3 x 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1) and ideal gas selectivities (7.3 for H2/CO2, 15.5 for H2/N2, 16.2 for H2/CH4, and 2655 for H2/C3H8). An attractive performance for C3H6/C3H8 separation is also achieved (a C3H6 permeance of 9.9 x 10-8 mol m-2 s-1 Pa-1 and a C3H6/C3H8 ideal selectivity of 31.6 at 25 &#176;C). Overall, the ENACT process, owing to its simplicity, can be extended to synthesize intergrown thin films of a wide range of nanoporous crystalline materials.

A simple, reproducible, and versatile approach for the synthesis of intergrown, polycrystalline metal-organic framework membranes on a wide range of unmodified porous and non-porous supports is presented.

極薄高性能金属有機性フレームワーク膜の電気泳動の結晶化

We report the synthesis of thin, highly intergrown, polycrystalline metal-organic framework (MOF) membranes on a wide range of unmodified porous and ...

Procedure for the Transfer of Polymer Films Onto Porous Substrates with Minimized Defects

The fabrication of devices containing thin film composite membranes necessitates the transfer of these films onto the surfaces of arbitrary support substrates. Accomplishing this transfer in a highly controlled, mechanized, and reproducible manner can eliminate the creation of macroscale defect structures (e.g., tears, cracks, and wrinkles) within the thin film that compromise device performance and the usable area per sample. Here, we describe a general protocol for the highly controlled and mechanized transfer of a polymeric thin film onto an arbitrary porous support substrate for eventual use as a water filtration membrane device. Specifically, we fabricate a block copolymer (BCP) thin film on top of a sacrificial, water-soluble poly(acrylic acid) (PAA) layer and silicon wafer substrate. We then utilize a custom-designed, 3D-printed transfer tool and drain chamber system to deposit, lift-off, and transfer the BCP thin film onto the center of a porous anodized aluminum oxide (AAO) support disc. The transferred BCP thin film is shown to be consistently placed onto the center of the support surface due to the guidance of the meniscus formed between the water and the 3D-printed plastic drain chamber. We also compare our mechanized transfer-processed thin films to those that have been transferred by hand with the use of tweezers. Optical inspection and image analysis of the transferred thin films from the mechanized process confirm that little-to-no macroscale inhomogeneities or plastic deformations are produced, as compared to the multitude of tears and wrinkles produced from manual transfer by hand. Our results suggest that the proposed strategy for thin film transfer can reduce defects when compared to other methods across many systems and applications.

We present a procedure for highly controlled and wrinkle-free transfer of block copolymer thin films onto porous support substrates using a 3D-printed drain chamber. The drain chamber design is of general relevance to all procedures involving transfer of macromolecular films onto porous substrates, which is normally done by hand in an irreproducible fashion.

欠陥を最小限に抑えた多孔質基板へのポリマーフィルムの移送手順

The fabrication of devices containing thin film composite membranes necessitates the transfer of these films onto the surfaces of arbitrary support ...

Synthesis of Hydrogels with Antifouling Properties As Membranes for Water Purification

Hydrogels have been widely utilized to enhance the surface hydrophilicity of membranes for water purification, increasing the antifouling properties and thus achieving stable water permeability through membranes over time. Here, we report a facile method to prepare hydrogels based on zwitterions for membrane applications. Freestanding films can be prepared from sulfobetaine methacrylate (SBMA) with a crosslinker of poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) via photopolymerization. The hydrogels can also be prepared by impregnation into hydrophobic porous supports to enhance the mechanical strength. These films can be characterized by attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) to determine the degree of conversion of the (meth)acrylate groups, using goniometers for hydrophilicity and differential scanning calorimetry (DSC) for polymer chain dynamics. We also report protocols to determine the water permeability in dead-end filtration systems and the effect of foulants (bovine serum albumin, BSA) on membrane performance.

This paper reports practical methods to prepare hydrogels in freestanding films and impregnated membranes and to characterize their physical properties, including water transport properties.

水質浄化のための膜のような防汚特性を持つハイドロゲルの合成

Hydrogels have been widely utilized to enhance the surface hydrophilicity of membranes for water purification, increasing the antifouling properties and ...

高分子グラフト金属有機構造体単分子膜の自己組織化

Synthesis and Characterization of Self-Assembled Metal-Organic Framework Monolayers Using Polymer-Coated Particles

Metal-organic frameworks (MOFs) are materials with potential applications in fields such as gas adsorption and separation, catalysis, and biomedicine. Attempts to enhance the utility of MOFs have involved the preparation of various composites, including polymer-grafted MOFs. By directly grafting polymers to the external surface of MOFs, issues of incompatibility between polymers and MOFs can be overcome. Polymer brushes grafted from the surface of MOFs can serve to stabilize the MOF while enabling particle assembly into self-assembled metal-organic framework monolayers (SAMMs) via polymer-polymer interactions.
Control over the chemical composition and molecular weight of the grafted polymer can allow for tuning of the SAMM characteristics. In this work, instructions are provided on how to immobilize a chain transfer agent (CTA) onto the surface of the MOF UiO-66 (UiO = Universitetet i Oslo). The CTA&#160;serves as initiation sites for the growth of polymers. Once polymer chains are grown from the MOF surface, the formation of SAMMs is achieved through self-assembly at an air-water interface. The resulting SAMMs are characterized and shown to be freestanding by scanning electron microscopy imaging. The methods presented in this paper are expected to make the preparation of SAMMs more accessible to the research community and thereby expand their potential use as a&#160;MOF-polymer composite.

著者スポットライト:自己組織化MOFポリマー複合材料の探索

A protocol for the synthesis and characterization of self-assembled metal-organic framework monolayers is provided using polymer-grafted, metal-organic framework (MOF) crystals. The procedure shows that polymer-grafted MOF particles can be self-assembled at an air-water interface resulting in well-formed, free-standing, monolayer structures as evidenced by scanning electron microscopy imaging.

高分子被覆粒子を用いた自己組織化有機金属フレームワーク単分子膜の合成と評価

Metal-organic frameworks (MOFs) are materials with potential applications in fields such as gas adsorption and separation, catalysis, and biomedicine. ...

層ごとの合成と自立共役高分子ナノ薄膜マイクロポーラスの譲渡

要約

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大面積自立超薄ポリマーフィルムの作製

リン酸化ペプチドの強化充実のためのマクロポーラスポリマーモノリスの高度に多孔性配位高分子コーティングの製造

熱可塑性マイクロ流体チャネルの作製

Photoredox触媒を用いた可視光媒介分散重合によるワームのようなミセルの簡便な合成

コロイド粒子の自己組織化プロセスを介して、PDMSマイクロ流体チップ内のサブ50 Nmのナノ流体ジャンクションを作成します

複合表面グラフトと後置修飾法による光応答膜の調製

極薄高性能金属有機性フレームワーク膜の電気泳動の結晶化

欠陥を最小限に抑えた多孔質基板へのポリマーフィルムの移送手順

水質浄化のための膜のような防汚特性を持つハイドロゲルの合成

高分子被覆粒子を用いた自己組織化有機金属フレームワーク単分子膜の合成と評価

層ごとの合成と自立共役高分子ナノ薄膜マイクロポーラスの譲渡

要約

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大面積自立超薄ポリマーフィルムの作製

リン酸化ペプチドの強化充実のためのマクロポーラスポリマーモノリスの高度に多孔性配位高分子コーティングの製造

熱可塑性マイクロ流体チャネルの作製

Photoredox触媒を用いた可視光媒介分散重合によるワームのようなミセルの簡便な合成

コロイド粒子の自己組織化プロセスを介して、PDMSマイクロ流体チップ内のサブ50 Nmのナノ流体ジャンクショ​​ンを作成します

複合表面グラフトと後置修飾法による光応答膜の調製

極薄高性能金属有機性フレームワーク膜の電気泳動の結晶化

欠陥を最小限に抑えた多孔質基板へのポリマーフィルムの移送手順

水質浄化のための膜のような防汚特性を持つハイドロゲルの合成

高分子被覆粒子を用いた自己組織化有機金属フレームワーク単分子膜の合成と評価

コロイド粒子の自己組織化プロセスを介して、PDMSマイクロ流体チップ内のサブ50 Nmのナノ流体ジャンクションを作成します