माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग

माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग (या μCP) नरम लिथोग्राफी  का एक रूप है जो एक मास्टर PDMS स्टैम्प पर राहत पैटर्न का उपयोग करता है। पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन (PDMS) स्टैम्प या यूरेथेन रबर माइक्रो स्टैम्प नैनोट्रांसफर प्रिंटिंग (एनटीपी) के मामले में अनुरूप संपर्क के माध्यम से एक  सब्सट्रेट (मुद्रण)  की सतह पर स्याही के स्व-इकट्ठे मोनोलयर्स (एसएएम) के पैटर्न बनाने के लिए। इसके अनुप्रयोग व्यापक हैं जिनमें microelectronics, सतह रसायन और कोशिका जीव विज्ञान शामिल हैं।

इतिहास
लिथोग्राफी और स्टाम्प प्रिंटिंग दोनों सदियों से आसपास रहे हैं। हालाँकि, दोनों के संयोजन ने माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग की विधि को जन्म दिया। यह विधि सबसे पहले हार्वर्ड विश्वविद्यालय में जॉर्ज एम. व्हाईटसाइड्स और अमित कुमार द्वारा पेश की गई थी। इसकी स्थापना के बाद से सॉफ्ट लिथोग्राफी की कई विधियों का पता लगाया गया है।

गुरु की तैयारी
मास्टर या टेम्प्लेट का निर्माण पारंपरिक फोटोलिथोग्राफी तकनीकों का उपयोग करके किया जाता है। मास्टर आमतौर पर सिलिकॉन पर बनाया जाता है, लेकिन किसी भी ठोस पैटर्न वाली सतह पर किया जा सकता है। Photoresist को सतह पर लगाया जाता है और एक photomask और UV प्रकाश द्वारा प्रतिरूपित किया जाता है। उपयोग करने से पहले मास्टर को पकाया जाता है, विकसित और साफ किया जाता है। विशिष्ट प्रक्रियाओं में फोटोरेसिस्ट को आमतौर पर स्टाम्प के लिए स्थलाकृतिक टेम्पलेट के रूप में उपयोग करने के लिए वेफर पर रखा जाता है। हालांकि, असुरक्षित सिलिकॉन क्षेत्रों को उकेरा जा सकता है, और फोटोरेसिस्ट को हटा दिया जाता है, जो स्टैम्प बनाने के लिए एक पैटर्न वाले वेफर को पीछे छोड़ देगा। यह विधि अधिक जटिल है लेकिन अधिक स्थिर टेम्पलेट बनाती है।

पीडीएमएस स्टैंप बनाना
निर्माण के बाद मास्टर को एक दीवार वाले कंटेनर में रखा जाता है, आमतौर पर एक पेट्री डिश, और मास्टर के ऊपर स्टैम्प डाला जाता है।

अधिकांश अनुप्रयोगों में PDMS स्टैम्प, सिलिकॉन इलास्टोमेर का 10:1 अनुपात और एक सिलिकॉन elastomer  इलाज एजेंट है। इस मिश्रण में एक छोटा हाइड्रोसिलेन क्रॉसलिंकर होता है जिसमें प्लैटिनम कॉम्प्लेक्स से बना उत्प्रेरक होता है। डालने के बाद, इलास्टोमेरिक गुणों के साथ एक ठोस बहुलक बनाने के लिए PDMS को ऊंचे तापमान पर ठीक किया जाता है। इसके बाद स्टाम्प को छीलकर उचित आकार में काट दिया जाता है। स्टाम्प गुरु के विपरीत प्रतिकृति करता है। स्टाम्प के उन्नत क्षेत्र मास्टर के दांतेदार क्षेत्रों के अनुरूप होते हैं।

PDMS स्टैम्प और माइक्रोपैटर्न वाले नमूनों की खरीद के लिए कुछ व्यावसायिक सेवाएँ मौजूद हैं जैसे रिसर्च माइक्रो स्टैम्प।

मुहर लगाना
स्टाम्प की भनक थिओल घोल के अनुप्रयोग के माध्यम से होती है या तो क्यू-टिप के साथ स्टाम्प को डुबोकर या कोटिंग करके। अत्यधिक जल विरोधी  पीडीएमएस सामग्री स्याही को स्टाम्प के थोक में फैलाने की अनुमति देती है, जिसका अर्थ है कि थिओल्स न केवल सतह पर रहते हैं, बल्कि स्टाम्प सामग्री के थोक में भी रहते हैं। बल्क में यह प्रसार कई प्रिंटों के लिए एक स्याही जलाशय बनाता है। स्टाम्प को तब तक सूखने दिया जाता है जब तक कि कोई तरल दिखाई न दे और स्याही का भंडार न बन जाए।

सीधा संपर्क
सब्सट्रेट पर स्टैम्प लगाना आसान और सीधा है जो इस प्रक्रिया के मुख्य लाभों में से एक है। स्टाम्प को सब्सट्रेट के साथ भौतिक संपर्क में लाया जाता है और थिओल समाधान को सब्सट्रेट में स्थानांतरित किया जाता है। थियोल को स्टाम्प की विशेषताओं के आधार पर क्षेत्र-चयनात्मक रूप से सतह पर स्थानांतरित किया जाता है। स्थानांतरण के दौरान थिओल की कार्बन शृंखलाएं हाइड्रोफोबिक सेल्फ-असेंबलिंग मोनोलेयर (एसएएम) बनाने के लिए एक दूसरे के साथ संरेखित होती हैं।

अन्य अनुप्रयोग तकनीक
सब्सट्रेट पर स्टैम्प की छपाई, हालांकि अक्सर उपयोग नहीं की जाती है, एक प्लानर सब्सट्रेट पर एक रोलिंग स्टैम्प के साथ या एक प्लानर स्टैम्प के साथ एक घुमावदार सब्सट्रेट भी हो सकता है।

लाभ
माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग के कई फायदे हैं जिनमें शामिल हैं:
 * माइक्रो-स्केल सुविधाओं के साथ पैटर्न बनाने में सरलता और आसानी
 * एक पारंपरिक प्रयोगशाला में एक साफ कमरा  के निरंतर उपयोग के बिना किया जा सकता है (केवल मास्टर बनाने के लिए क्लीनरूम की आवश्यकता होती है)।
 * एक ही मास्टर से कई स्टैम्प बनाए जा सकते हैं
 * प्रदर्शन में न्यूनतम गिरावट के साथ व्यक्तिगत टिकटों का कई बार उपयोग किया जा सकता है
 * निर्माण की एक सस्ती तकनीक जो पारंपरिक तकनीकों की तुलना में कम ऊर्जा का उपयोग करती है
 * कुछ सामग्रियों में कोई अन्य माइक्रो पैटर्निंग विधि उपलब्ध नहीं होती है

नुकसान
इस तकनीक के लोकप्रिय होने के बाद विभिन्न सीमाएँ और समस्याएँ उत्पन्न हुईं, जिनमें से सभी ने पैटर्निंग और पुनरुत्पादन को प्रभावित किया।

स्टाम्प विरूपण
सीधे संपर्क के दौरान किसी को सावधान रहना चाहिए क्योंकि स्टाम्प को आसानी से शारीरिक रूप से विकृत किया जा सकता है जिससे मुद्रित विशेषताएं मूल स्टाम्प सुविधाओं से भिन्न होती हैं। स्टाम्प को क्षैतिज रूप से खींचने या संपीड़ित करने से उभरी हुई और धंसी हुई सुविधाओं में विकृति आ जाएगी। इसके अलावा, छपाई के दौरान स्टाम्प पर बहुत अधिक ऊर्ध्वाधर दबाव लगाने से उभरी हुई राहत सुविधाएँ सब्सट्रेट के खिलाफ समतल हो सकती हैं। मूल स्टाम्प का रिज़ॉल्यूशन कम होने के बावजूद ये विकृतियाँ सबमिक्रॉन सुविधाएँ उत्पन्न कर सकती हैं।

स्टैम्प का विरूपण मास्टर से हटाने के दौरान और सब्सट्रेट संपर्क प्रक्रिया के दौरान हो सकता है। जब स्टाम्प का अभिमुखता अनुपात उच्च होता है तो स्टाम्प का buckling  हो सकता है। जब पहलू अनुपात कम होता है तो छत गिर सकती है।

सब्सट्रेट संदूषण
इलाज की प्रक्रिया के दौरान कुछ टुकड़े संभावित रूप से बिना उपचार के छोड़े जा सकते हैं और प्रक्रिया को दूषित कर सकते हैं। जब ऐसा होता है तो मुद्रित एसएएम की गुणवत्ता कम हो जाती है। जब स्याही के अणुओं में कुछ ध्रुवीय समूह होते हैं तो इन अशुद्धियों का स्थानांतरण बढ़ जाता है।

मुहर का सिकुड़ना/सूजन
इलाज की प्रक्रिया के दौरान सब्सट्रेट पैटर्निंग के वांछित आयामों में अंतर छोड़कर स्टैम्प संभावित रूप से आकार में सिकुड़ सकता है।

स्टाम्प की सूजन भी हो सकती है। अधिकांश कार्बनिक सॉल्वैंट्स PDMS स्टैम्प की सूजन को प्रेरित करते हैं। विशेष रूप से इथेनॉल में बहुत कम सूजन प्रभाव होता है, लेकिन उच्च सूजन के कारण गीली इंकिंग के लिए कई अन्य सॉल्वैंट्स का उपयोग नहीं किया जा सकता है। इस वजह से यह प्रक्रिया एपोलर स्याही तक सीमित है जो इथेनॉल में घुलनशील हैं।

स्याही की गतिशीलता
PDMS बल्क से सतह तक स्याही का प्रसार सब्सट्रेट पर पैटर्न वाले SAM के निर्माण के दौरान होता है। स्याही की यह गतिशीलता अवांछित क्षेत्रों में पार्श्व प्रसार का कारण बन सकती है। स्थानांतरण पर यह फैलाव वांछित पैटर्न को प्रभावित कर सकता है।

अनुप्रयोग
उपयोग की गई स्याही के प्रकार और उसके बाद के सब्सट्रेट के आधार पर माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग तकनीक में कई अलग-अलग अनुप्रयोग हैं

माइक्रोमशीनिंग
माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग में भूतल माइक्रोमशीनिंग में बेहतरीन अनुप्रयोग हैं। इस एप्लिकेशन के लिए इंकिंग सॉल्यूशंस में आमतौर पर एल्केनेथिओल का सॉल्यूशन होता है। यह विधि धातु सबस्ट्रेट्स का उपयोग करती है जिसमें सबसे आम धातु सोना है। हालाँकि, चांदी, तांबा और दुर्ग  भी काम करने के लिए सिद्ध हुए हैं।

एक बार स्याही सब्सट्रेट पर लागू हो जाने के बाद एसएएम परत उच्च रिज़ॉल्यूशन पैटर्निंग के निर्माण की अनुमति देने वाली सामान्य नक़्क़ाशी (माइक्रोफैब्रिकेशन) तकनीकों के प्रतिरोध के रूप में कार्य करती है। प्रतिरूपित SAMs परत जटिल माइक्रोस्ट्रक्चर बनाने के चरणों की श्रृंखला में एक कदम है। उदाहरण के लिए, एसएएम परत को सोने के ऊपर लगाने और नक़्क़ाशी से सोने की सूक्ष्म संरचना बनती है। इस कदम के बाद सोने के नक़्क़ाशीदार क्षेत्र सब्सट्रेट को उजागर करते हैं जिसे पारंपरिक एनिस्ट्रोपिक नक़्क़ाशी तकनीकों का उपयोग करके आगे उकेरा जा सकता है। माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग तकनीक के कारण इन चरणों को पूरा करने के लिए किसी पारंपरिक फोटोलिथोग्राफी की आवश्यकता नहीं है।

पैटर्निंग प्रोटीन
प्रोटीन के पैटर्निंग ने बायोसेंसर के विकास में मदद की है। कोशिका जीव विज्ञान अनुसंधान, और ऊतक इंजीनियरिंग। विभिन्न प्रोटीन उपयुक्त स्याही साबित हुए हैं और माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग तकनीक का उपयोग करके विभिन्न सबस्ट्रेट्स पर लागू होते हैं। पॉलीसिलाइन, इम्युनोग्लोबुलिन एंटीबॉडी और विभिन्न एंजाइमों को ग्लास, POLYSTYRENE और हाइड्रोफोबिक सिलिकॉन सहित सतहों पर सफलतापूर्वक रखा गया है।

पैटर्निंग सेल
माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग का उपयोग यह समझने के लिए किया गया है कि कोशिकाएं सबस्ट्रेट्स के साथ कैसे इंटरैक्ट करती हैं। इस तकनीक ने सेल पैटर्निंग के अध्ययन को बेहतर बनाने में मदद की है जो पारंपरिक सेल कल्चर तकनीकों के साथ संभव नहीं था।

पैटर्निंग डीएनए
इस तकनीक का प्रयोग कर डीएनए की सफल पैटर्निंग भी की जा चुकी है। इस तकनीक का उपयोग करने के लिए समय और डीएनए सामग्री में कमी महत्वपूर्ण लाभ हैं। टिकटों को कई बार इस्तेमाल किया जा सकता था जो अधिक सजातीय थे और अन्य तकनीकों की तुलना में संवेदनशील।

माइक्रोकैम्बर बनाना
सूक्ष्म जीवों के बारे में जानने के लिए, वैज्ञानिकों को विभिन्न प्रकार की प्रजातियों में गतिशील एकल-कोशिका वाले जीवों के व्यवहार को पकड़ने और रिकॉर्ड करने के अनुकूलनीय तरीकों की आवश्यकता होती है। PDMS टिकट विकास सामग्री को सूक्ष्म कक्षों में ढाल सकते हैं जो तब इमेजिंग के लिए एकल-कोशिका वाले जीवों को पकड़ते हैं.

तकनीक में सुधार
मूल तकनीक द्वारा निर्धारित सीमाओं को दूर करने में सहायता के लिए कई विकल्प विकसित किए गए हैं।
 * हाई-स्पीड प्रिंटिंग: मिलिसेकंड की सीमा में संपर्क समय के साथ गोल्ड सब्सट्रेट पर सफल संपर्क प्रिंटिंग की गई। यह मुद्रण समय सामान्य तकनीक से कम परिमाण के तीन आदेश हैं, फिर भी पैटर्न को सफलतापूर्वक बदल दिया है। piezoelectric  एक्ट्यूएटर के माध्यम से इन गति को प्राप्त करने के लिए संपर्क की प्रक्रिया को स्वचालित किया गया था। इन कम संपर्क समयों पर थिओल की सतह का प्रसार नहीं हुआ, जिससे पैटर्न की एकरूपता में काफी सुधार हुआ *जलमग्न छपाई: एक तरल माध्यम में स्टाम्प को डुबाने से स्थिरता बहुत बढ़ गई थी। हाइड्रोफोबिक लंबी-श्रृंखला थिओल्स को पानी के नीचे प्रिंट करने से स्याही के वाष्प परिवहन की आम समस्या बहुत कम हो जाती है। 15:1 के PDMS आस्पेक्ट रेशियो को इस पद्धति का उपयोग करके प्राप्त किया गया था, जो पहले पूरा नहीं किया गया था
 * लिफ्ट-ऑफ नैनोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग: पहले सिलिकॉन लिफ्ट-ऑफ स्टैम्प का उपयोग करके और बाद में कम लागत वाले पॉलीमर लिफ्ट-ऑफ स्टैम्प और एक स्याही वाले फ्लैट PDMS स्टैम्प के साथ संपर्क करना, कई प्रोटीनों के नैनोपैटर्न या जटिल डिजिटल नैनोडॉट ग्रेडिएंट्स के साथ डॉट स्पेसिंग 0 एनएम से 15 उम के अलावा इम्यूनोसेज़ और सेल एसेज़ के लिए प्राप्त किया गया था। इस दृष्टिकोण के कार्यान्वयन से 35 मिमी2 क्षेत्र में 10 मिनट में मुद्रित 57 मिलियन से अधिक प्रोटीन डॉट्स 200 एनएम व्यास से बने 100 डिजिटल नैनोडॉट ग्रेडिएंट सरणी के पैटर्निंग का नेतृत्व किया।
 * कांटैक्ट इंकिंग: वेट इंकिंग के विपरीत यह तकनीक पीडीएमएस बल्क में व्याप्त नहीं है। स्याही के अणु केवल स्टाम्प के उभरे हुए क्षेत्रों से संपर्क करते हैं जो पैटर्निंग के लिए उपयोग किए जाने वाले हैं। बाकी स्टाम्प पर स्याही की अनुपस्थिति वाष्प चरण के माध्यम से स्थानांतरित स्याही की मात्रा को कम कर देती है जो संभावित रूप से पैटर्न को प्रभावित कर सकती है। यह एक फीचर स्टैम्प और एक फ्लैट पीडीएमएस सब्सट्रेट के सीधे संपर्क द्वारा किया जाता है जिस पर स्याही होती है।
 * नई स्टाम्प सामग्री: स्याही के एकसमान हस्तांतरण को बनाने के लिए स्टाम्प को यंत्रवत् रूप से स्थिर होना चाहिए और अच्छी तरह से अनुरूप संपर्क बनाने में सक्षम होना चाहिए। इन दो विशेषताओं को एक साथ रखा गया है क्योंकि उच्च स्थिरता के लिए उच्च यंग मापांक की आवश्यकता होती है जबकि कुशल संपर्क के लिए लोच (भौतिकी) में वृद्धि की आवश्यकता होती है। इस समस्या को हल करने में मदद करने के लिए पैटर्निंग के लिए कठोर बैक सपोर्ट के साथ एक समग्र सामग्री, पतली PDMS स्टैम्प का उपयोग किया गया है।
 * मैग्नेटिक फील्ड असिस्टेड माइक्रो कॉन्टैक्ट प्रिंटिंग: प्रिंटिंग स्टेप के दौरान एक समान दबाव लागू करने के लिए एक चुंबकीय बल का उपयोग किया जाता है। उसके लिए, PDMS की दूसरी परत में लोहे के पाउडर को इंजेक्ट करके स्टैम्प एक चुंबकीय क्षेत्र के प्रति संवेदनशील होता है। इस बल को नैनो और माइक्रो-पैटर्न के लिए समायोजित किया जा सकता है माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग#उद्धृत नोट-13माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग#उद्धरण नोट-12माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग#उद्धरण नोट-12माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग#उद्धरण नोट-12.


 * मल्टीप्लेक्सिंग: मैक्रोस्टैम्प: बायोमेडिकल एप्लिकेशन के लिए माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग का मुख्य दोष यह है कि एक स्टैम्प के साथ विभिन्न अणुओं को प्रिंट करना संभव नहीं है। विभिन्न (जैव) अणुओं को एक चरण में प्रिंट करने के लिए, एक नई अवधारणा प्रस्तावित है: मैक्रोस्टैम्प। यह डॉट्स से बना एक स्टैम्प है। डॉट्स के बीच का स्थान माइक्रोप्लेट के कुओं के बीच के स्थान से मेल खाता है। फिर, विभिन्न अणुओं में एक चरण में स्याही लगाना, सुखाना और प्रिंट करना संभव है।

सामान्य संदर्भ

 * www.microcontactprinting.net : माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग से संबंधित एक वेबसाइट (लेख, पेटेंट, थीसिस, टिप्स, शिक्षा, ...)
 * www.researchmicrostamps.com: एक सेवा जो सरल ऑनलाइन बिक्री के माध्यम से माइक्रो स्टैम्प प्रदान करती है।
 * www.microcontactprinting.net : माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग से संबंधित एक वेबसाइट (लेख, पेटेंट, थीसिस, टिप्स, शिक्षा, ...)
 * www.researchmicrostamps.com: एक सेवा जो सरल ऑनलाइन बिक्री के माध्यम से माइक्रो स्टैम्प प्रदान करती है।
 * www.researchmicrostamps.com: एक सेवा जो सरल ऑनलाइन बिक्री के माध्यम से माइक्रो स्टैम्प प्रदान करती है।

फुटनोट्स
श्रेणी:लिथोग्राफी (माइक्रोफैब्रिकेशन)