माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग
माइक्रोकॉन्टैक्ट संसकरण (या μCP) सॉफ्ट लिथोग्राफी का एक रूप है जो मास्टर पॉलीडाइमेथिलसिलॉक्सेन (पीडीएमएस) स्टैम्प या यूरीथेन रबर माइक्रो स्टैम्प[1] पर बने पैटर्न का उपयोग करके क्रियाधार (सबस्ट्रेट) की सतह पर स्याही (इंक) के स्व-संरचित मोनोलेयर (एसएएम) के पैटर्न बनाने के लिए उभारे पैटर्न का उपयोग करता है, जैसा कि नैनोट्रांसफर संसकरण (nTP) के स्थिति में होता है।[2] इसके अनुप्रयोग विस्तारपूर्ण हैं और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स, सतह रसायन विज्ञान और कोशिका जीवविज्ञान सहित विभिन्न क्षेत्रों में होते हैं।
इतिहास
लिथोग्राफी और स्टैम्प संसकरण दोनों सदियों से उपयुक्त होती आ रहीं हैं। हालांकि, इन दोनों के संयोजन ने माइक्रोकॉन्टैक्ट संसकरण की विधि को उद्भवित किया है। यह विधि सर्वप्रथम हार्वर्ड विश्वविद्यालय में जॉर्ज एम. व्हाइटसाइड्स और अमित कुमार द्वारा प्रस्तुत की गई थी। इसकी प्रारम्भ के बाद से सॉफ्ट लिथोग्राफी की कई विधियां खोजी गई हैं।
प्रक्रिया
मास्टर का निर्माण करना
मास्टर या टेम्पलेट का निर्माण पारंपरिक फोटोलिथोग्राफी तकनीक का उपयोग करके किया जाता है। मास्टर सामान्यतः सिलिकॉन पर बनाया जाता है, लेकिन किसी भी ठोस पैटर्न वाली सतह पर बनाया जा सकता है। सतह पर फोटोरेसिस्ट लगाया जाता है और फोटोमास्क और यूवी प्रकाश के द्वारा पैटर्न बनाया जाता है। उपयोग करने से पहले मास्टर को बेक किया जाता है, विकसित किया जाता है और साफ किया जाता है। सामान्य प्रक्रियाओं में फोटोरेजिस्ट सामान्यतः वेफर पर रखा जाता है, जिसे स्टैम्प के लिए एक ऊर्जाग्राफिक टेम्पलेट के रूप में उपयोग किया जाता है। हालांकि, संरक्षित न होने वाले सिलिकॉन क्षेत्रों को निक्षारित किया जा सकता है, और फोटोरेसिस्ट हटा दिया जा सकता है, जिससे एक पैटर्नयुक्त वेफर बच जाता है, जिसका उपयोग स्टैम्प बनाने के लिए किया जाता है। यह विधि अधिक जटिल होती है, लेकिन अधिक स्थिर टेम्पलेट का निर्माण करती है।
पीडीएमएस स्टैम्प बनाना
निर्माण के बाद मास्टर को पेट्री डिश जैसे सामान्यतः किसी बंध कंटेनर में रखा जाता है और स्टैम्प को मास्टर पर ढलाना होता है।
पीडीएमएस स्टैम्प, अधिकांश अनुप्रयोगों में, सिलिकॉन इलास्टोमेर और सिलिकॉन इलास्टोमेर संसाधन कर्मक का 10:1 अनुपात होता है। इस मिश्रण में लघु हाइड्रोसिलेन क्रॉसलिंकर होता है जिसमें प्लैटिनम कॉम्प्लेक्स से बना उत्प्रेरक होता है। ढलान के बाद, पीडीएमएस को इलास्टोमेरिक गुणों वाला एक ठोस बहुलक बनाने के लिए उच्च तापमान पर व्यवस्थित किया जाता है। इसके बाद स्टांप को विशल्कित कर उचित आकार में काट दिया जाता है। स्टांप मास्टर के विपरीत को दोहराता है। स्टाम्प के ऊंचे क्षेत्र मास्टर के इंडेंटेड क्षेत्रों के अनुरूप होता हैं।
पीडीएमएस स्टैम्प और माइक्रोपैटर्न प्रतिलिपि प्राप्त करने के लिए रिसर्च माइक्रो स्टैम्प्स[3] जैसे वाणिज्यिक सेवाएं विद्यमान हैं।
स्टैम्प पर स्याही लगाना
स्टैम्प पर स्याही लगाने के लिए, थायोल विलयन के अनुप्रयोग के माध्यम से या विसर्जन या स्टैम्प को क्यू-टिप के साथ कोट किया जाता है। अत्यधिक हाइड्रोफोबिक पीडीएमएस सामग्री स्याही को स्टैम्प के बहुमात्रा में विसर्जित होने की अनुमति प्रदान करता है, जिसका अर्थ है कि थायोल सतह पर ही नहीं, बहुमात्रा में स्थानीय होते हैं। बहुमात्रा में इस विसर्जन से स्याही संग्रह का निर्माण होता है जिससे कई प्रिंट करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। स्टैम्प को शुष्क होने तक छोड़ दिया जाता है जब तक कोई तरल दिखाई नहीं देता हो और स्याही संग्रहण बन जाता है।
क्रियाधार पर स्टैम्प लगाना
प्रत्यक्ष संपर्क
क्रियाधार पर स्टैम्प को लगाना सरल और सीधा होता है, जो इस प्रक्रिया के मुख्य लाभों में से एक है। स्टैम्प को सतह के साथ भौतिक संपर्क में लाया जाता है और थायोल विलयन को क्रियाधार पर स्थानांतरित किया जाता है। थायोल को स्टैम्प की विशेषताओं पर आधारित रूप से सतह पर क्षेत्र-चयनित रूप से स्थानांतरित किया जाता है। स्थानांतरण के दौरान थायोल के कार्बन श्रृंखलाएं एक दूसरे के साथ संरेखित होती हैं जिससे हाइड्रोफोबिक स्व-समास्थिति मोनोलेयर (एसएएम) निर्मित करती है।
अन्य अनुप्रयोग तकनीक
क्रियाधार पर स्टैम्प लगाना, हालांकि प्रायः इसका उपयोग नहीं किया जाती है, किसी समतल क्रियाधार पर रोलिंग स्टैम्प या समतल स्टैम्प के साथ वक्रित क्रियाधार के साथ भी हो सकते है।
लाभ
माइक्रोकॉन्टैक्ट संसकरण के कई लाभ हैं, जिनमें निम्नलिखित सम्मिलित हैं:
- माइक्रो-स्केल की विशेषताओं के साथ पैटर्न बनाने की सरलता और सहजता।
- यह पारंपरिक प्रयोगशाला में किया जा सकता है बिना नियमित रूप से स्वक्ष-कक्ष का उपयोग किए (स्वक्ष-कक्ष केवल मास्टर बनाने के लिए आवश्यक होता है)।
- एक ही मास्टर से कई स्टैम्प बनाए जा सकते हैं।
- एकल स्टैम्प का उपयोग कई बार किया जा सकता है जबकि प्रदर्शन में न्यूनतम अधोगति होती है।
- पारंपरिक तकनीकों की तुलना में कम ऊर्जा का उपयोग करने वाली काम लागत वाली निर्माण तकनीक।
- कुछ सामग्रीयों के पास कोई अन्य माइक्रो पैटर्निंग विधि उपलब्ध नहीं होती है।[4]
हानियाँ
इस तकनीक के लोकप्रिय होने के बाद विभिन्न सीमाएँ और समस्याएँ उत्पन्न हुईं, जिनमें से सभी ने पैटर्निंग और पुनरुत्पादन को प्रभावित किया।
स्टैम्प विरूपण
प्रत्यक्ष संपर्क के दौरान सावधान रहना चाहिए क्योंकि स्टैम्प आसानी से भौतिक रूप से विकृत हो सकता है, जिससे मुद्रित विशेषताएं मूल स्टैम्प की विशेषताओं से अलग हो सकती हैं। स्टैम्प को क्षैतिज रूप से खींचने और सम्पीड़ित करने के दौरान उच्चारित और अंतरित विशेषताओं में विकृतियां उत्पन्न करेगा। इसके अतिरिक्त, मुद्रण के दौरान स्टैम्प पर उच्चारित सुविधा विशेषताओं पर ऊँचा दाब लागाने से विकृतियां पैदा हो सकती हैं। ये विकृतियां सबमाइक्रोन विशेषताएं उत्पन्न कर सकती हैं, हालांकि मूल स्टैम्प की विभेदन कम हो सकता है।
स्टैम्प का विरूपण मास्टर से हटाने के दौरान और क्रियाधार संपर्क प्रक्रिया के दौरान हो सकता है। जब स्टैम्प का पक्षानुपात अधिक होता है तो स्टैम्प में प्रांकुचन (बकलिंग) हो सकती है। जब पक्षानुपात कम होता है तो छत विकृत हो सकती है।
क्रियाधार संदूषण
संसाधित (क्यूरिंग) प्रक्रिया के दौरान कुछ खंड संभवतः असंसाधित छोड़ दिए 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।
स्टैम्प का संकुचन/स्फीति
संसाधित प्रक्रिया के दौरान स्टांप संभावित रूप से आकार में संकुचन हो सकता है, जिससे क्रियाधार पैटर्निंग के वांछित विमाओं में अंतर आ सकता है।
स्टैम्प में स्फीति भी हो सकती है। अधिकांश कार्बनिक विलायक पीडीएमएस स्टैम्प में स्फीति उत्पन्न करते हैं। विशेष रूप से इथेनॉल का स्फीति प्रभाव बहुत कम होता है, लेकिन कई अन्य विलायक का उपयोग अधिक स्फीति के कारण आर्द्र स्याही के लिए नहीं किया जा सकता है। इस कारण से यह प्रक्रिया इथेनॉल में घुलनशील एपोलर स्याही तक ही सीमित है।
स्याही की गतिशीलता
पीडीएमएस स्थूल से सतह तक स्याही का प्रसार क्रियाधार पर पैटर्नयुक्त एसएएम के निर्माण के दौरान होता है। स्याही की यह गतिशीलता पार्श्विक रूप से अवांछित क्षेत्रों में प्रसार का कारण बन सकती है। स्थानांतरण पर यह प्रसार वांछित पैटर्न को प्रभावित कर सकता है।
अनुप्रयोग
उपयोग की गई स्याही के प्रकार और उसके बाद के क्रियाधार के आधार पर माइक्रोकॉन्टैक्ट संसकरण तकनीक के कई भिन्न-भिन्न अनुप्रयोग होते हैं
माइक्रोमशीनिंग
माइक्रोकॉन्टैक्ट संसकरण का माइक्रोमशीनिंग में सर्वाधिक उचित उपयोग होता है। इस अनुप्रयोग के लिए स्याही समाधानों में सामान्यतः एल्केनेथिओल का विलयन सम्मिलित होता है।[5] यह विधि धातु क्रियाधार का उपयोग करती है जिसमें सबसे साधारण धातु सोना है। हालाँकि, चाँदी, तांबा और पैलेडियम भी कार्यकारी साबित हुए हैं।
जब क्रियाधार पर स्याही लगा दिया जाता है, तो एसएएम परत सामान्य आद्र उत्कीर्णन (एचिंग) तकनीकों के प्रतिरोधी के रूप में कार्य करती है, जिससे उच्च-विभेदन पैटर्न बनाने की संभावना होती है। पैटर्नयुक्त एसएएम परत श्रृंखला में चरणों में से एक चरण है जो जटिल माइक्रो संरचनाओं को बनाने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, सोने पर एसएएम परत लगाने और उत्कीर्णन करने से सोने की माइक्रोसंरचनाएं बनती हैं। इस चरण के बाद उत्कीर्णन क्षेत्रों में क्रियाधार उत्कीर्णित हो जाता है जो पारंपरिक एनाइसोट्रॉपिक उत्कीर्णन तकनीक का उपयोग करके और भी उत्कीर्णन किया जा सकता है। माइक्रोकॉन्टैक्ट संसकरण तकनीक के कारण इन चरणों को पूरा करने के लिए पारंपरिक फोटोलिथोग्राफी की आवश्यकता नहीं होती है।
प्रोटीन की पैटर्निंग
प्रोटीनों की पैटर्निंग ने बायोसेंसर्स के विकास,[6] कोशिका जीवविज्ञान अनुसंधान,[7] और ऊतक अभियांत्रिकी[8] की प्रगति में सहायता प्रदान की है। विभिन्न प्रोटीन उपयुक्त स्याही सिद्ध हुए हैं और माइक्रोकॉन्टैक्ट संसकरण तकनीक का उपयोग करके विभिन्न क्रियाधार पर लागू किए जा सकते हैं। पॉलीलिसिन, इम्युनोग्लोबुलिन एंटीबॉडी, और विभिन्न एंजाइमों को सफलतापूर्वक कांच, पॉलिस्टायरीन, और हाइड्रोफोबिक सिलिकॉन जैसी सतहों पर रखा गया है।
कोशिकाओं की पैटर्निंग
माइक्रोकॉन्टैक्ट संसकरण का उपयोग कोशिकाओं के क्रियाधार के साथ कैसे परस्पर क्रियाएं होती हैं की समझ में सहायता की है। यह तकनीक पारंपरिक कोशिकाओं संवर्धन तकनीकों के साथ संभव नहीं थी वहाँ सेल पैटर्निंग के अध्ययन को सुधारने में सहायता करती है।
डीएनए की पैटर्निंग
इस तकनीक का उपयोग करके डीएनए की सफल पैटर्निंग भी किया गया है।[9][10] इस तकनीक का उपयोग करने के लिए समय और डीएनए सामग्री में कमी महत्वपूर्ण लाभ हैं। टिकटें कई बार उपयोग करने में सक्षम थीं जो अन्य तकनीकों की तुलना में अधिक सजातीय और संवेदनशील थीं।
माइक्रोचैम्बर निर्माण
सूक्ष्मजीवों के बारे में जानने के लिए, वैज्ञानिकों को विभिन्न प्रजातियों के गतिशील एकल-कोशिकाओं के व्यवहार को प्रग्रहरणित और रिकॉर्ड करने के लिए अनुकूल विधियों की आवश्यकता होती है। पीडीएमएस स्टैम्प विकास सामग्री को माइक्रो चैम्बर में मोल्ड कर सकते हैं, जिससे फिर इमेजिंग के लिए एकल कोशिकाओं को कैप्चर किया जा सकता है।[11]
तकनीक में सुधार
मूल तकनीक द्वारा निर्धारित सीमाओं को पार करने में सहायता करने के लिए कई वैकल्पिक तकनीकों का विकास किया गया है।
- तीव्र-गति संसकरण: मिलीसेकंड की रेंज में संपर्क समय के साथ सोने के क्रियाधार पर सफल संपर्क संसकरण की गई। यह संसकरण समय सामान्य तकनीक से तीन गुना कम है, फिर भी सफलतापूर्वक पैटर्न को बदल दिया गया है। पीज़ोइलेक्ट्रिक ऐक्ट्यूएटर के माध्यम से इन गति को प्राप्त करने के लिए संपर्क की प्रक्रिया को स्वचालित किया गया। इन कम संपर्क समय पर थायोल की सतह का प्रसार नहीं हुआ, जिससे पैटर्न की एकरूपता में महत्वपूर्ण सुधार हुआ।[7]
- अर्द्धनिम्न संसकरण: किसी तरल माध्यम में स्टैम्प को डुबाने से स्थिरता में अतयधिक वृद्धि हुई। पानी में हाइड्रोफोबिक लंबी-श्रृंखला वाले थायोल्स को प्रिंट करने से स्याही के वाष्प परिवहन की साधारण समस्या काफी कम हो जाती है। इस विधि का उपयोग करके 15:1 का पीडीएमएस पक्षानुपात प्राप्त किया गया, जो पहले पूरा नहीं किया गया था।[12]
- लिफ्ट-ऑफ नैनोकॉन्टैक्ट संसकरण: पहले सिलिकॉन लिफ्ट-ऑफ स्टैम्प्स [13] का उपयोग करके और बाद में कम लागत वाले पॉलिमर लिफ्ट-ऑफ स्टैम्प्स [14] का उपयोग करके, इन्कड फ्लैट पीडीएमएस स्टैम्प के साथ संपर्क करके, नैनोपैटर्नों की साधना की गई है जो कई प्रोटीन्स के लिए या जटिल डिजिटल नैनोडॉट ग्रेडिएंट्स के लिए हैं, जिनकी डॉट स्पेसिंग 0 नैनोमीटर से 15 माइक्रोमीटर तक है। यह इम्यूनोएसे और कोशिका एसेज़ के लिए हुआ है। इस दृष्टिकोण के अनुसार, 10 मिनट में 35 mm2 क्षेत्र में 200 नैनोमीटर वाले 57 मिलियन प्रोटीन डॉट से बने 100 डिजिटल नैनोडॉट ग्रेडिएंट ऐरे समाहित हुए।[15]
- संपर्क इंकिंग: आद्र इंकिंग के विपरीत, यह तकनीक पीडीएमएस स्थूल को प्रवाहित नहीं करती है। स्याही के अणु केवल स्टैम्प के उभरे हुए भाग के संपर्क में आते हैं, जो पैटर्निंग के लिए उपयोग होंगे। स्टैम्प के शेष भाग पर स्याही की अनुपस्थिति से, पैटर्न पर प्रभाव डाल सकने वाले वाष्प चरण के माध्यम से स्थानांतरित होने वाले स्याही की मात्रा को कम किया जाता है। इसे स्याही वाले एक फ्लैट पीडीएमएस क्रियाधार पर प्रत्यक्ष संपर्क के द्वारा फीचर स्टैम्प और प्रत्यक्ष पीडीएमएस परत के बीच करके किया जाता है।[16]
- नवीन स्टैम्प सामग्री: स्याही के समान स्थानांतरण को बनाए रखने के लिए स्टैम्प को यांत्रिक रूप से स्थायी और समरूप संपर्क बनाने की क्षमता होनी चाहिए। ये दो विशेषताएं एक साथ होती हैं क्योंकि उच्च स्थिरता के लिए उच्च यंग का मोड्यूलस चाहिए होता है जबकि प्रभावी संपर्क के लिए प्रत्यास्थता में वृद्धि की जरूरत होती है। इस समस्या को हल करने के लिए, कम्पोजिट, पतला पीडीएमएस स्टैम्प जिसमें कठोर बैक सपोर्ट होता है, पैटर्निंग के लिए उपयोग किया जाता है।
- चुंबकीय क्षेत्र समर्थित सूक्ष्म संपर्क संसकरण: संसकरण चरण के दौरान एक समान दाब लागू करने के लिए चुंबकीय बल का उपयोग किया जाता है। इसके लिए, पीडीएमएस की दूसरी परत में लोहे के पाउडर को इंजेक्ट करके स्टैम्प को चुंबकीय क्षेत्र के प्रति संवेदनशील किया जाता है। यह बल नैनो और माइक्रो-पैटर्न के लिए समायोजित किया जा सकता है।[1][17]
- मल्टीप्लेक्सिंग: मैक्रोस्टैम्प: जैवचिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए माइक्रोकॉन्टैक्ट प्रिंटिंग का मुख्य दोष है कि स्टैम्प के साथ विभिन्न अणु प्रिंट करना संभव नहीं है। किसी चरण में विभिन्न (जैविक) अणुओं को प्रिंट करने के लिए, नई अवधारणा प्रस्तावित की गई है: मैक्रोस्टैम्प। यह डॉट्स से मिलकर बना हुआ स्टैम्प होता है। डॉट्स के बीच का अंतर माइक्रोप्लेट के वेल के बीच के स्थान के समान होता है। फिर, एक चरण में विभिन्न अणुओं को स्याही, शुष्क और प्रिंट करना संभव होता है।[18]
सामान्य संदर्भ
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- www.microcontactprinting.net : माइक्रोकॉन्टैक्ट संसकरण 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।
फुटनोट्स
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