Biologische und physikalische Oberflächenprogrammierung für die Selbstassemblierung von kleinen Objekten

Abstract:
Am Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration wurden Techniken zur Selbstassemblierung von kleinen Objekten auf Oberflächen untersucht. Voraussetzung für eine zielgerichtete Assemblierung der Objekte auf den Oberflächen ist eine strukturierte Programmierung der Oberflächen in Bereiche mit unterschiedlichen biologischen oder physikalischen Eigenschaften. Bei der biologischen Oberflächenprogrammierung wurden DNA-Moleküle strukturiert auf den Substratoberflächen aufgebracht. Dies erfolgte durch das sogenannte Micro Contact Printing-Verfahren, einer Stempeltechnik, die ein großflächiges Auftragen der Moleküle mit hoher Auflösung bei kurzer Prozesszeit ermöglicht. Das Grundprinzip des Selbstassemblierungssprozesses über DNA-DNA-Wechselwirkung ist die spezifische Hybridisierung von zwei einzelsträngigen DNA-Molekülen zu einer DNA-Doppelhelix. Dabei hybridisieren einzelsträngige DNA-Moleküle, die an den anzuordnenden Objekten gekoppelt sind, an ihre komplementären DNA-Moleküle, die auf der Substratoberfläche strukturiert verdruckt sind. In einem Modellsystem konnte erstmalig gezeigt werden, dass sich µm- große Silicabeads gezielt auf strukturierten Glassubstraten selbstassemblierten. Im Bereich der physikalischen Oberflächenprogrammierung wurden Niederdruck-Plasmaprozesse eingesetzt. Dabei wurden Oberflächen von Polymerfolien, auf denen dünne Kupferleiterbahnen aufgebracht worden waren, mit einem Tetrafluormethan (CF4)-Plasma behandelt. Als Folge wiesen die polymeren und metallischen Bereiche ein gegensätzliches Benetzungsverhalten auf. Die speziellen Eigenschaften der mit unterschiedlichen Oberflächenenergien strukturierten Folien begünstigten ihren Einsatz als Substratmaterialien in fluidischen Selfassembly-Prozessen. Schließlich konnte eine Selbstassemblierung von kleinen und dünnen Silizium-Chips auf vordefinierten Zielgebieten gezeigt werden.