Silanization of silicon and mica
সিলিকন এবং অভ্রকের সিল্যানাইজেশন হল স্ব-সমাবেশকারী ইউনিটগুলির একটি পাতলা স্তর সহ এই উপকরণগুলির আবরণ। পারমাণবিক বল মাইক্রোস্কোপি (এ. এফ. এম) ব্যবহার করে প্রোটিনের সিলানাইজেশন ন্যানোস্কেল বিশ্লেষণের জৈবিক প্রয়োগের জন্য অনেক পরীক্ষামূলক কৌশলের জন্য সুনির্দিষ্ট টপোলজি এবং রসায়ন সহ পৃষ্ঠের প্রয়োজন হয়। জৈব অণু, বিশেষত প্রোটিন, হাইড্রোফোবিক বা ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে কেবল একটি অপরিবর্তিত স্তর পৃষ্ঠে স্থির করা যেতে পারে। যাইহোক, পৃষ্ঠে প্রোটিনের শারীরিক শোষণের সাথে বেশ কয়েকটি সমস্যা যুক্ত। ধাতব পৃষ্ঠের ক্ষেত্রে, প্রোটিনের বিকৃতি, অস্থিতিশীল এবং বিপরীতমুখী বন্ধন, অনির্দিষ্ট এবং যাদৃচ্ছিকভাবে প্রোটিনের স্থায়িত্বের খবর পাওয়া গেছে। একটি বিকল্পের মধ্যে রয়েছে অ-বিকৃত পরিস্থিতিতে প্রোটিনের সাথে রাসায়নিকভাবে পরিবর্তিত পৃষ্ঠগুলির মিথস্ক্রিয়া। পৃষ্ঠতলের রাসায়নিক পরিবর্তন পৃষ্ঠের রসায়নকে সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রণ করার সম্ভাবনা প্রদান করে এবং সঠিক রাসায়নিক পরিবর্তনের সাথে এই পদ্ধতির বেশ কয়েকটি সুবিধা রয়েছে। প্রথমত, পৃষ্ঠে শোষিত প্রোটিনগুলি বিভিন্ন পরিস্থিতিতে আরও স্থিতিশীল। প্রোটিনগুলি পৃষ্ঠের উপর আরও অভিন্ন অভিযোজন গ্রহণ করে। উপরন্তু, বৃহত্তর পুনরুত্পাদনযোগ্যতা সহ প্রোটিন নিক্ষেপণের উচ্চ ঘনত্ব সম্ভব। মূল্যবান তথ্য পাওয়ার জন্য প্রোটিনগুলিকে অচল করার জন্য বেশ কয়েকটি ক্ষেত্রে পৃষ্ঠতলের রাসায়নিক পরিবর্তন সফলভাবে প্রয়োগ করা হয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, ডি. এন. এ-র পারমাণবিক বল মাইক্রোস্কোপি ইমেজিং 3-অ্যামিনোপ্রোপাইলট্রাইথোক্সিসিলেন (এ. পি. টি. ই. এস)-এর সাথে লেপা মাইকা ব্যবহার করে করা হয়েছে। নেতিবাচকভাবে চার্জ করা ডিএনএ মেরুদণ্ড অ্যামাইনের কার্যকারিতার উপর ইতিবাচক চার্জের সাথে দৃঢ়ভাবে আবদ্ধ, যা স্থিতিশীল কাঠামোর দিকে পরিচালিত করে যা বায়ু এবং বাফার উভয় ক্ষেত্রেই চিত্রায়িত করা যেতে পারে। বেহরেন্স এট আল-এর সাম্প্রতিক এক গবেষণায়, অ্যামাইন-সমাপ্ত সিলিকন পৃষ্ঠগুলি চিকিৎসার উদ্দেশ্যে হাড়ের মরফোজেনেটিক প্রোটিন 2 (বিএমপি 2) স্থির করতে সফলভাবে ব্যবহার করা হয়েছিল। হাইড্রোজেন-সমাপ্ত সিলিকন পৃষ্ঠ)। 14টি অ্যামাইন গ্রুপযুক্ত অণু (বিশেষত এ. পি. টি. ই. এস) জৈবিক প্রয়োগের জন্য গুরুত্বপূর্ণ, কারণ তারা জৈব অণুর সাথে সহজ তড়িৎস্থায়ী মিথস্ক্রিয়ার অনুমতি দেয়। স্ব-একত্রিত মনোলেয়ার (এসএএম) ব্যবহার করে পৃষ্ঠতলের কার্যকারিতা একটি অত্যন্ত বহুমুখী পদ্ধতি যা পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্যগুলির সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণের অনুমতি দেয়। এটি 1946 সালে বিগেলো এবং অন্যান্যদের দ্বারা প্রবর্তিত হয়েছিল, কিন্তু 1983 সাল পর্যন্ত এটি ব্যাপক আগ্রহ আকর্ষণ করেনি, যখন স্বর্ণের উপর অ্যালকেনিথিওলেটের এসএএম গঠনের বিষয়ে আল্লারা এবং অন্যান্যরা রিপোর্ট করেছিলেন। মনোলেয়ারগুলির স্ব-সমাবেশ বিভিন্ন পদ্ধতি ব্যবহার করে অর্জন করা যেতে পারে। স্ব-সমাবেশের ভিত্তি হল পৃষ্ঠ এবং স্তর গঠনকারী অণুর মধ্যে একটি সমযোজী বন্ধন গঠন; এবং এই প্রয়োজনীয়তা হাইড্রক্সিলেটেড উপকরণগুলিতে (গ্লাস, সিলিকন, অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড, মাইকা) অর্গানোসিলেনের মতো বিভিন্ন রাসায়নিক গোষ্ঠী এবং উন্নত ধাতুতে অর্গানোসালফার-ভিত্তিক যৌগ প্রজাতি ব্যবহার করে পূরণ করা যেতে পারে। যদিও পরবর্তী সিস্টেমটি ভালভাবে চিহ্নিত করা হয়েছে, পৃষ্ঠের উপর অর্গানোসিলেন স্তরগুলির আচরণ এবং মনোলেয়ার সংগঠন এবং কাঠামো নিয়ন্ত্রণকারী অন্তর্নিহিত প্রক্রিয়া সম্পর্কে অনেক কম জানা যায়। যদিও সিলিকেট পৃষ্ঠের সিল্যানাইজেশন 40 বছরেরও বেশি আগে চালু করা হয়েছিল, তবুও পৃষ্ঠের উপর মসৃণ স্তর গঠনের প্রক্রিয়াটি এখনও খুব কম বোঝা যায়। সম্ভবত এই পরিস্থিতির সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ কারণ হল যে পদ্ধতির অংশ হিসাবে সিলানাইজেশন জড়িত বেশ কয়েকটি গবেষণা গঠিত সিলেন স্তরকে পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে চিহ্নিত করার সাথে সম্পর্কিত নয়। একটি ফলাফল যা সিলেন স্তরগুলির বৈশিষ্ট্যকরণের উপর সাম্প্রতিক গবেষণাগুলিকে একত্রিত করে তা সিলেন স্তরগুলির গঠনের দিকে পরিচালিত প্রতিক্রিয়াগুলির চরম সংবেদনশীলতাকে কেন্দ্র করে। প্রকৃতপক্ষে, সিলিকেট পৃষ্ঠে সিলেনগুলির স্ব-একত্রিত স্তরগুলি আর্দ্রতা, তাপমাত্রা, সিলেন বিকারকগুলির অমেধ্য এবং সিলিকেট পৃষ্ঠের ধরণের মতো বিভিন্ন পরামিতিগুলির উপর নির্ভরশীল বলে জানা গেছে। আণবিকভাবে মসৃণ স্তরগুলির সাথে ধারাবাহিকভাবে এবং পুনরুত্পাদনযোগ্যভাবে বিভিন্ন কার্যকরী পৃষ্ঠ তৈরি করার জন্য, সিলিকেট পৃষ্ঠগুলির রসায়ন এবং বিভিন্ন পরামিতিগুলি স্ব-একত্রিত স্তরগুলির প্রকৃতিকে কীভাবে প্রভাবিত করে তা বোঝা গুরুত্বপূর্ণ। সিলিকন এবং মাইকা সিলিকন অক্সিডাইজড সিলিকন ভূপৃষ্ঠের কাঠামো জৈব অণু জমা করার জন্য একটি স্তর হিসাবে ব্যাপকভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে। সিলিকন পৃষ্ঠে প্রতিক্রিয়াশীল হাইড্রক্সিল গোষ্ঠীর পৃষ্ঠ ঘনত্ব বাড়াতে পিরানহা দ্রবণ ব্যবহার করা যেতে পারে। - ও. এইচ গ্রুপগুলি হাইড্রোলাইজ করতে পারে এবং পরবর্তীকালে জৈব সিলেন অণুর সাথে সিলোক্সেন সংযোগ (সি-ও-সি) তৈরি করতে পারে। সিল্যানাইজেশনের জন্য সিলিকন পৃষ্ঠ প্রস্তুত করার সাথে পৃষ্ঠের দূষকগুলি অপসারণ জড়িত। ইউভি-ওজোন এবং পিরানহা দ্রবণ ব্যবহার করে এটি অর্জন করা যেতে পারে। বিশেষত পিরানহা দ্রবণটি বেশ কঠোর চিকিত্সা গঠন করে যা সিলিকন পৃষ্ঠের অখণ্ডতার সম্ভাব্য ক্ষতি করতে পারে। ফিনলেসন-পিটস এবং অন্যান্য। সিলিকন-এর উপর নির্দিষ্ট চিকিৎসার প্রভাব অনুসন্ধান করে এবং এই সিদ্ধান্তে উপনীত হয় যে রুক্ষতা (3-5 Å) এবং ছড়িয়ে ছিটিয়ে থাকা বড় কণাগুলির উপস্থিতি উভয়ই প্লাজমা-চিকিত্সার 1টি চক্রের পরে সংরক্ষিত ছিল। যাইহোক, পিরানহা দ্রবণ বা প্লাজমা দিয়ে চিকিত্সার 30 টি চক্রের পরে সিলিকন পৃষ্ঠ উল্লেখযোগ্যভাবে ক্ষতিগ্রস্ত হয়েছিল। উভয় ক্ষেত্রেই, চিকিত্সা পৃষ্ঠে অনিয়ম এবং বড় সমষ্টি (সমষ্টিগত আকার> 80 এনএম) প্রবর্তন করে, যখন পিরানহা ব্যবহার করা হয় তখন এর প্রভাব আরও স্পষ্ট হয়। উভয় ক্ষেত্রেই, একাধিক চিকিত্সা ছোট জৈব অণু জমা করার জন্য পৃষ্ঠকে অপর্যাপ্ত করে তোলে। মাইকা মাইকা হল আরেকটি সিলিকেট যা জৈব অণু জমা করার জন্য স্তর হিসাবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। সিলিকনের তুলনায় মাইকা লক্ষণীয় সুবিধা বহন করে কারণ এটি আণবিকভাবে মসৃণ এবং তাই ছোট, সমতল অণু অধ্যয়নের জন্য আরও উপযুক্ত। এটির সাধারণ সূত্র K [Si3Al] O10Al2 (OH) 2 সহ একটি স্ফটিকাকার কাঠামো রয়েছে এবং এতে দুটি সিলিকন টেট্রাহেড্রাল স্তরের মধ্যে অষ্টতলকীয় হাইড্রক্সিল-অ্যালুমিনিয়ামের শীট রয়েছে। সিলিকন স্তরে, চারটি সিলিকন পরমাণুর মধ্যে একটি অ্যালুমিনিয়াম পরমাণু দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়, যা চার্জের পার্থক্য তৈরি করে যা পার্শ্ববর্তী সিলিকন স্তরগুলির মধ্যে উপস্থিত সীমাহীন K + দ্বারা অফসেট হয়। মস্কোভাইট মাইকা পটাসিয়াম স্তরে অবস্থিত সমতল বরাবর বিভক্ত হওয়ার জন্য সবচেয়ে বেশি সংবেদনশীল। যখন একটি সদ্য ছেঁড়া অভ্রের পৃষ্ঠ জলের সংস্পর্শে আসে, তখন হাইড্রেটেড পটাসিয়াম আয়নগুলি অভ্রের পৃষ্ঠ থেকে নিষ্কাশিত হতে পারে, যার ফলে পৃষ্ঠে একটি ঋণাত্মক আধান তৈরি হয়। সিলিকনের মতো, অভ্রের পৃষ্ঠে সিলেন দ্বারা সমযোজী সংযুক্তির জন্য সিলানল গোষ্ঠীর একটি প্রশংসনীয় ঘনত্ব থাকে না। সাম্প্রতিক এক গবেষণায় বলা হয়েছে যে, সদ্য ছেঁড়া মাইকা 11 শতাংশ সিলানল গ্রুপ বহন করে (অর্থাৎ, 10টি সিলিকন পরমাণুর মধ্যে প্রায় 1টিতে হাইড্রক্সিল গ্রুপ থাকে)। যদিও এটি সম্ভব যে অপরিশোধিত মাইকা ব্যবহার করে সিল্যানাইজেশন করা যেতে পারে, সক্রিয় মাইকার উপর পৃষ্ঠ সিলানল গোষ্ঠীর বর্ধিত ঘনত্ব উল্লেখযোগ্যভাবে সাইলেন অণুগুলির পৃষ্ঠের সাথে সমযোজী সংযুক্তিকে উন্নত করতে পারে। আর্গন/জলের প্লাজমা দিয়ে চিকিত্সা করে মাইকা সক্রিয় করা যেতে পারে, যার ফলে সিলানল পৃষ্ঠের ঘনত্ব 30 শতাংশ হয়। সক্রিয় পৃষ্ঠগুলির সাথে কাজ করা সক্রিয় পৃষ্ঠগুলিতে সিলানল গোষ্ঠীর স্থায়িত্ব সম্পর্কে আরেকটি বিবেচনার পরিচয় দেয়। জিয়াসন এবং অন্যান্যরা। রিপোর্ট করা হয়েছে যে, সদ্য ছেঁড়া মাইকার সিলানোল গ্রুপগুলি যেগুলি কোনও চিকিৎসার অধীন ছিল না, সেগুলি প্লাজমা-অ্যাক্টিভেটেড মাইকার তুলনায় উচ্চ ভ্যাকুয়ামের অধীনে আরও স্থিতিশীল বলে প্রমাণিত হয়েছেঃ 64 ঘন্টা পরে, সদ্য ছেঁড়া মাইকা প্লাজমার জন্য সিলানোল গ্রুপের পৃষ্ঠ আবরণ মোটামুটি একই ছিল, যখন অ্যাক্টিভেটেড মাইকার জন্য পৃষ্ঠ আবরণ 3 গুণ কমে 10 শতাংশে নেমে আসে। সিলিকেট পৃষ্ঠের উপর অণুগুলির শোষণ শোষণ সেই প্রক্রিয়াটিকে বর্ণনা করে যার দ্বারা অণু বা কণাগুলি পৃষ্ঠের সাথে আবদ্ধ হয় এবং শোষণ থেকে আলাদা করা যায়, যার মাধ্যমে কণাগুলি শোষণকারী উপাদানের বেশিরভাগ অংশে ছড়িয়ে পড়ে। অধিশোষিত পদার্থকে বলা হয় অধিশোষক, অন্যদিকে পৃষ্ঠকে বলা হয় অধিশোষক। দুই ধরনের অধিশোষণের মধ্যে পার্থক্য করা সাধারণ, যথা শারীরিক অধিশোষণ (যা পৃষ্ঠে অধিশোষিত উপাদান ধারণকারী আন্তঃআণবিক শক্তি নিয়ে গঠিত) এবং রাসায়নিক অধিশোষণ (যা অধিশোষিত উপাদানকে পৃষ্ঠে সংযুক্ত করার সময় সহযোজী বন্ধন নিয়ে গঠিত)। গঠিত অধিশোষক স্তরের প্রকৃতি অধিশোষিত উপাদান এবং অধিশোষকের মধ্যে মিথস্ক্রিয়ার উপর নির্ভর করে। আরও সুনির্দিষ্টভাবে, শোষণের সাথে জড়িত প্রক্রিয়াগুলির মধ্যে রয়েছে আয়ন বিনিময় (একইভাবে চার্জ করা আয়ন দ্বারা দ্রবণ থেকে অধিশোষিত পাল্টা আয়নগুলির প্রতিস্থাপন), আয়ন জোড়া (বিপরীত চার্জ বহনকারী স্তরগুলির উপর দ্রবণ পর্যায় থেকে আয়নগুলির শোষণ), হাইড্রোফোবিক বন্ধন (স্তর পৃষ্ঠের গোষ্ঠী এবং দ্রবণে অণুগুলির মধ্যে অ-মেরু আকর্ষণ), স্তর পৃষ্ঠের আংশিক চার্জযুক্ত সাইটগুলির মধ্যে পি-ইলেকট্রনের মেরু মিথস্ক্রিয়ার মেরুকরণ এবং দ্রবণে বিপরীত আংশিক চার্জ বহনকারী অণু এবং সমযোজী বন্ধন। শোষণ ঘটার বিভিন্ন উপায় শোষণ করা স্তরের ধরন নিয়ন্ত্রণের সাথে সম্পর্কিত জটিলতার একটি ইঙ্গিত প্রদান করে। এ. পি. টি. ই. এস-এর মতো ব্যবহৃত সাইলেনের ধরনটি সমস্যাটিকে আরও জটিল করে তুলতে পারে। এপিটিইএস হল জৈব অণুগুলির স্থায়িত্বের জন্য ব্যবহৃত ধ্রুপদী অণু এবং ঐতিহাসিকভাবে এই ক্ষেত্রে এখন পর্যন্ত সবচেয়ে ব্যাপকভাবে অধ্যয়ন করা অণু। যেহেতু এ. পি. টি. ই. এস-এ প্রতি অণুতে তিনটি ইথোক্সি গ্রুপ থাকে, তাই এটি জলের উপস্থিতিতে পলিমারাইজ করতে পারে, যার ফলে অনুভূমিক এবং উল্লম্ব দিকে এ. পি. টি. ই. এস অণুগুলির মধ্যে পার্শ্বীয় পলিমারাইজেশন হয় এবং অলিগোমার এবং পলিমার তৈরি হয় যা পৃষ্ঠের সাথে সংযুক্ত হতে পারে। স্ব-সমাবেশ সমাধান-পর্যায় প্রতিক্রিয়া বা বাষ্প-পর্যায় প্রতিক্রিয়া ব্যবহার করে যোগাযোগ করা যেতে পারে। সলিউশন-ফেজ পরীক্ষায়, সিলেন একটি নির্জল দ্রাবকে দ্রবীভূত হয় এবং পৃষ্ঠের সংস্পর্শে রাখা হয়; বাষ্প-ফেজ পরীক্ষায়, শুধুমাত্র সিলেন বাষ্প স্তর পৃষ্ঠে পৌঁছায়। সমাধান-পর্যায় বিক্রিয়া ঐতিহাসিকভাবে এমন একটি পদ্ধতি যা সর্বাধিক অধ্যয়ন করা হয়েছে এবং মসৃণ অ্যামিনোসিলেন ফিল্ম গঠনের জন্য প্রয়োজনীয় শর্তগুলির ক্ষেত্রে একটি সাধারণ ঐকমত্য যা বিকশিত হয়েছে তার মধ্যে নিম্নলিখিতগুলি অন্তর্ভুক্ত রয়েছেঃ (1) টলুইনের মতো একটি নির্জল দ্রাবক প্রয়োজন, পৃষ্ঠে এবং দ্রবণে অ্যামিনোসিলেনের পলিমারাইজেশনের মাত্রা নিয়ন্ত্রণের জন্য কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রিত ট্রেস পরিমাণের জলের প্রয়োজন হয়; (2) অলিগোমার এবং পলিমারগুলির গঠন উচ্চ সাইলেনের ঘনত্বে (> 10 শতাংশ) অনুকূল হয়; (3) মাঝারি তাপমাত্রা (60-90 ডিগ্রি সেলসিয়াস) হাইড্রোজেন বন্ধনের মতো অ-সমযোজী মিথস্ক্রিয়াকে ব্যাহত করতে পারে, যার ফলে কম সংখ্যক সাইলেন অণু দুর্বলভাবে টেটলি হয়। উপরন্তু, শর্ত (3) স্তর থেকে টলুইন পর্যায়ে জল শোষণের পক্ষে; (4) সিলানাইজেশন প্রতিক্রিয়ার পরে টলুইন, ইথানল এবং জলের মতো দ্রাবক দিয়ে ধুয়ে ফেলা দুর্বলভাবে বন্ধিত সাইলেন অণু অপসারণ এবং স্তরের অবশিষ্ট অ্যালকোক্সি সংযোগগুলির হাইড্রোলাইসিসের পক্ষে; (5) উচ্চ তাপমাত্রায় (110 ডিগ্রি সেলসিয়াস) শুকানো এবং নিরাময় করা সিলোক্সেন সংযোগ গঠনের পক্ষে এবং অ্যামোনিয়াম আয়নগুলিকে নিরপেক্ষ অ্যামাইনে রূপান্তরিত করে, যা আরও প্রতিক্রিয়াশীল। দ্রবণ এবং সাইলেনের বিশুদ্ধতায় ট্রেস জলের জটিলতাগুলি এড়ানোর উপায় হিসাবে বাষ্প-পর্যায়ের বিক্রিয়া বাষ্প-পর্যায়ের সিলানাইজেশনের সাথে যোগাযোগ করা হয়েছে। যেহেতু সিলেনগুলির অলিগোমার এবং পলিমারগুলির সাধারণত ব্যবহৃত প্রতিক্রিয়া তাপমাত্রায় নগণ্য বাষ্প চাপ থাকে, তাই নিক্ষেপণের সময় তারা সিলিকেটের পৃষ্ঠে পৌঁছায় না। যেহেতু সিস্টেমে কোনও দ্রাবক নেই, তাই বিক্রিয়ায় জলের পরিমাণ নিয়ন্ত্রণ করা সহজ। অ্যামিনোসিলেন্স, অক্টাডেসিলট্রাইমেথোক্সিসিলেন এবং ফ্লুয়াল্কিল সাইলেন সহ বিভিন্ন ধরনের সাইলেনের বাষ্প-পর্যায় সিলানাইজেশনের জন্য মসৃণ মনোলেয়ারগুলি রিপোর্ট করা হয়েছে। যাইহোক, স্তরের সাথে সিলেন অণুগুলির সংযুক্তির প্রকৃতি অনিশ্চিত, যদিও জমা হওয়ার পরে স্তরটিকে জলে ভিজিয়ে সিলোক্সেন বন্ধন গঠনের পক্ষে অনুকূল হতে পারে। চেন এবং অন্যান্যদের সাম্প্রতিক এক গবেষণায়, এপিটিইএস মনোলেয়ারগুলি বিভিন্ন তাপমাত্রা এবং নিক্ষেপণের সময়ে ধারাবাহিকভাবে প্রাপ্ত হয়েছিল। প্রাপ্ত স্তরগুলির পুরুত্ব যথাক্রমে 70 ডিগ্রি সেলসিয়াস এবং 90 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 5 Å এবং 6 Å ছিল, যা একটি এ. পি. টি. ই. এস অণুর আনুমানিক দৈর্ঘ্যের সাথে মিলে যায় এবং নির্দেশ করে যে প্রতিটি ক্ষেত্রে স্তরগুলির উপর মনোলেয়ার গঠিত হয়। তথ্যসূত্র সিলিকন ন্যানোটেকনোলজি