A Simple Maskless Top-Down Process for The Fabrication of Vertically Aligned High Density Metal Oxide Nanowires
Vertically aligned metal oxide nanowire arrays were successfully synthesized via a cost-efficient maskless top-down approach. High density nanowires are formed by a simple spin-coating and oxygen plasma process without any artificial mask on the surface of the iron-containing polymer film. Highly crystalline hematite nanowires with a diameter of 38-45 nm and a high aspect ratio of 131 are uniformly produced over large areas after calcination. The high density graphene/megnatite nanostructure created by pyrolyzing organic/iron oxide nanowires with the three-dimensional morphology provided an excellent substrate for highly enhanced Raman scattering with an enhancement factor of up to $7.0 \times 10^4$ due to light trapping effects of the absorbed light in the three-dimensional graphene forest. Our maskless top-down approach to the fabrication of metal oxide nanowires offers unique advantages of a solution-based process to easily overcome the limit in the morphology and substrate-dependent property of the nanowire synthesis. This technique may have great practical potential as a simple, rapid, and reproducible technique for the fabrication of high density and high aspect ratio metal oxide nanowires that are useful in various applications.
Diazoketo-Functionalized POSS Resist for The High-Performance Replica Molds of Ultraviolet-Nanoimprint Lithography
Novel polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) resists, which are based on a new photo-crosslinking system via Wolff rearrangement, are developed as ideal replica mold materials for ultraviolet-nanoimprint lithography. These POSS resist materials are synthesized by incorporating diazoketo and hydroxyl groups into the POSS core. The resist materials have exhibited a variety of desirable properties as replica molds, such as high modulus, low shrinkage ratio, high transparency, low surface energy, and resistance to organic solvents. The resultant replica molds exhibit a high resolution patterning capacity. These economic fabrication methods of replica molds with high mechanical durability and good releasing properties are potentially useful for versatile applications in the area of mold-based lithography.
Patterned Functionalized Self-assembled Monolayers via Inkless Micro-Contact Printing for Site-Specific Immobilization of Biomolecules
Site-specific immobilization of biomolecules is fundamentally important for a variety of applications in biosensors and biotechnology. Herein, we report a fabrication technique that allows site-specific chemical functionalization followed by biomolecular immobilization through ‘inkless micro-contact printing’ ($I\mu CP$), which utilizes out-diffused and transfer-printed polydimethylsiloxane (PDMS) oligomers from a PDMS stamp possessing pre-defined structural features. Using this technique, oligomeric PDMS-patterned surfaces of multiple length scales on Au substrates were fabricated over large areas with a simple one-step contact printing. The patterned PDMS oligomers and bare Au regions were selectively functionalized with self-assembled monolayers (SAMs) of amine-terminated silane and carboxylic acid-terminated thiol, respectively. The surface functionalization and patterning were systematically characterized using FT-IR, SEM, AFM, XPS, and contact angle measurements. Finally, the potential of this technique for site-specific biomolecular patterning was demonstrated using immobilization of fluorescently-labeled lectin and streptavidin.
본 연구에서 비용 효율적인 마스크 없는 탑-다운 공정을 응용하여 수직 배향된 철 산화물 나노와이어를 대면적에 합성하였다. 철을 포함하는 복합레진을 이용하여 마스크 없이, 간단한 스핀 코팅 공정과 산소 플라즈마 공정을 거쳐 고밀도의 나노와이어를 제작하였다. 추후 열처리 공정을 거쳐 38-45 나노미터의 직경과 131의 높은 종횡비를 가지는 헤마타이트(hematite) 나노와이어를 대면적에 손쉽게 구현하였다. 또한, 간단하게 열처리 공정 조건을 바꾸어 마그네타이트(magnetite)/그래핀 나노와이어를 합성 할 수 있었고, 이는 삼차원 그래핀 나노 구조체로서 빛의 산란을 유도하여, 높은 라만 증강효율($7.0 \times 10^4$)을 이끌어 냈다. 본 연구의 접근법은 기존의 바텀-업 방식의 단점이었던 나노와이어 형상 조절에 용이하고, 다양한 기판에 같은 조건으로 제작이 가능하다는 장점을 보였다. 마지막으로, 이 기술은 쉽고 빠르며, 재현성이 높다는 장점으로 수직 배향된 다양한 반도체 산화물 나노와이어 제작에 응용가치가 높을 것으로 기대된다.
UV 경화 나노임프린트 공정에서 이용되는 복제스탬프 물질로서, 울프 재배열 메커니즘을 기반으로 광 반응을 일으키는 다이아조케토 그룹을 응용하여 새로운 폴리헤드랄 올리고메릭 실세스키옥산(POSS) 레지스트를 합성하였다. 다양한 비율로 다이아조케토 그룹과 하이드록실 그룹으로 개질한 POSS 레지스트는 높은 기계적 물성, 낮은 수축율, 높은 UV 투과도, 낮은 표면 에너지, 유기용매에 대한 강한 내성을 가져 복제스탬프로서 이상적인 물성을 보였다. 합성된 POSS 레지스트를 이용하여 임프린트 공정을 거쳐 복제 스탬프를 제작하였고, 이를 상용화된 임프린트 레지스트를 이용해 패턴을 전사하여, 고해상도의 패턴을 대면적에 제작하였다. 기존의 전자빔조사를 이용한 제작방법보다 가격 경쟁력이 높고, 쉽고 빠르게 제작 가능하여, 이 물질이 스탬프를 이용하는 다양한 리소그래피 기술에 응용가능성이 높을 것으로 기대된다.
바이오분자를 원하는 배열로 고정시키는 연구는 바이오를 기반으로 하는 다양한 응용분야에서 기본적으로 가장 중요하게 여겨지고 있다. 본 연구에서, 폴리 디메틸 실록산(PDMS) 스탬프 내 분포된 미 경화 올리고머를 응용한 잉크리스 마이크로 컨택프린팅($I\mu CP$)을 발전시켜 한 기판 내에 다양한 자기조립 단분자막을 패터닝하였다. 이 기술을 이용하여 골드 기판 위에 복잡한 공정을 거치지 않고, 한번의 접촉으로 실리콘을 포함하는 필름을 형성하였다. 이를 통해, 한 기판 안에 다른 성질을 지닌 두 표면이 생성되고, 각 노출된 표면에는 특정한 분자로 기능화된 싸이올/실레인 자기조립 단분자막을 화학적 결합을 통해 고정시켜주었다. 개질된 표면에 서로 다른 바이오 분자(fluorescently-labeled lectin와 streptavidin)를 고정시켜 바이오 패턴을 구현하였으며, 각 공정을 FT-IR, SEM, AFM, XPS, 접촉각 측정 기기, 형광현미경을 이용해 관찰하였다. 마지막으로, 본 연구에서 제안한 잉크리스 마이크로 컨택프린팅을 응용한 표면개질 방법은 바이오 분자를 원하는 위치에 손쉽게 고정시킬 수 있는 장점을 가지고 있기에, 다양한 바이오 응용분야에서 연구될 것으로 기대된다.
