Silanization of silicon and mica
سلکان اور مائکا کی سلانیزیشن ان مواد کی خود جمع کرنے والی اکائیوں کی پتلی پرت کے ساتھ کوٹنگ ہے۔ ایٹمک فورس مائکروسکوپی (اے ایف ایم) کا استعمال کرتے ہوئے پروٹین کے نینو اسکیل تجزیہ کے لیے بہت سی تجرباتی تکنیکوں کے لیے اچھی طرح سے متعین ٹوپولوجیز اور کیمسٹری والی سطحوں کی ضرورت ہوتی ہے۔ حیاتیاتی سالمات، خاص طور پر پروٹین، کو ہائیڈروفوبک یا الیکٹروسٹیٹک تعاملات کے ذریعے محض غیر تبدیل شدہ سبسٹریٹ کی سطح پر متحرک کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، کئی مسائل سطحوں پر پروٹین کے جسمانی جذب سے وابستہ ہیں۔ دھات کی سطحوں کے ساتھ، پروٹین کی انحطاط، غیر مستحکم اور ریورسیبل بائنڈنگ، غیر مخصوص اور بے ترتیب طور پر پروٹین کو متحرک کرنے کی اطلاع ملی ہے۔ ایک متبادل میں غیر انحطاط پذیر حالات میں پروٹین کے ساتھ کیمیائی طور پر تبدیل شدہ سطحوں کا تعامل شامل ہے۔ سطحوں کی کیمیائی ترمیم سطح کی کیمسٹری کو درست طریقے سے کنٹرول کرنے کی صلاحیت فراہم کرتی ہے، اور صحیح کیمیائی تبدیلیوں کے ساتھ، اس نقطہ نظر کے کئی فوائد ہیں۔ سب سے پہلے، سطح پر جذب ہونے والے پروٹین مختلف حالات میں زیادہ مستحکم ہوتے ہیں۔ پروٹین سطح پر زیادہ یکساں واقفیت بھی اختیار کرتے ہیں۔ مزید برآں، زیادہ تولیدی صلاحیت کے ساتھ پروٹین کے جمع ہونے کی زیادہ کثافت ممکن ہے۔ قیمتی معلومات حاصل کرنے کے لیے پروٹین کو متحرک کرنے کے لیے کئی مثالوں میں سطحوں کی کیمیائی ترمیم کا کامیابی سے اطلاق کیا گیا ہے۔ مثال کے طور پر، ڈی این اے کی ایٹم فورس مائکروسکوپی امیجنگ 3-امینوپروپائلٹریتھوکسائیسلین (اے پی ٹی ای ایس) کے ساتھ لیپت مائکا کا استعمال کرتے ہوئے کی گئی ہے۔ منفی طور پر چارج شدہ ڈی این اے ریڑھ کی ہڈی امین کی فعالیت پر مثبت چارج سے مضبوطی سے جڑی ہوتی ہے، جس سے مستحکم ڈھانچے پیدا ہوتے ہیں جن کی تصویر ہوا اور بفر دونوں میں لی جا سکتی ہے۔ بہرنس اور دیگر کے ایک حالیہ مطالعے میں، امائن سے ختم ہونے والی سلکان کی سطحوں کو طبی مقاصد کے لیے ہڈی کے مورفوجنیٹک پروٹین 2 (بی ایم پی 2) کو متحرک کرنے کے لیے کامیابی سے استعمال کیا گیا۔ ہائیڈروجن ختم شدہ سلکان کی سطح)۔ 14 امین گروپوں والے مالیکیول (خاص طور پر اے پی ٹی ای ایس) حیاتیاتی استعمال کے لیے اہم ہیں، کیونکہ وہ حیاتیاتی مالیکیولز کے ساتھ سادہ الیکٹروسٹیٹک تعاملات کی اجازت دیتے ہیں۔ سیلف اسمبلڈ مونو لیئرز (ایس اے ایم) کا استعمال کرتے ہوئے سطحوں کی فنکشنلائزیشن سیلف اسمبلڈ مونو لیئرز (ایس اے ایم) ایک انتہائی ورسٹائل نقطہ نظر ہے جو سطح کی خصوصیات کے عین مطابق کنٹرول کی اجازت دیتا ہے۔ اسے 1946 میں بگیلو اور دیگر نے متعارف کرایا تھا، لیکن یہ 1983 تک نہیں تھا کہ اس نے وسیع پیمانے پر دلچسپی حاصل کی، جب سونے پر الکینیتیولیٹس کے ایس اے ایم کی تشکیل کی اطلاع الارا اور دیگر نے دی تھی۔ کئی نظاموں کا استعمال کرتے ہوئے یک پرتوں کی خود اسمبلی حاصل کی جا سکتی ہے۔ سیلف اسمبلی کی بنیاد سطح اور پرت بنانے والے مالیکیول کے درمیان کوولینٹ بانڈ کی تشکیل ہے۔ اور اس ضرورت کو مختلف قسم کے کیمیائی گروپوں جیسے ہائیڈروکسیلیٹڈ مواد (گلاس، سلکان، ایلومینیم آکسائیڈ، مائیکا) پر آرگینوسیلینز اور عمدہ دھاتوں پر آرگینو سلفر پر مبنی مرکبات کی انواع کا استعمال کرتے ہوئے پورا کیا جا سکتا ہے۔ اگرچہ مؤخر الذکر نظام کو اچھی طرح سے نمایاں کیا گیا ہے، سطحوں پر آرگنسیلین تہوں کے رویے اور بنیادی میکانزم کے بارے میں بہت کم معلوم ہے جو یک پرت تنظیم اور ساخت کو کنٹرول کرتے ہیں۔ اگرچہ سلیکیٹ سطحوں کی سلانیزیشن 40 سال سے زیادہ پہلے متعارف کرائی گئی تھی، لیکن سطحوں پر ہموار تہوں کی تشکیل کے عمل کو اب بھی ناقص طور پر سمجھا جاتا ہے۔ شاید اس صورتحال کی سب سے اہم وجہ یہ ہے کہ متعدد مطالعات جن میں طریقہ کار کے حصے کے طور پر سائلنائزیشن شامل ہے ان کا تعلق تشکیل شدہ سائلن پرت کی مکمل خصوصیت سے نہیں ہے۔ ایک نتیجہ جو سائلن تہوں کی خصوصیت پر حالیہ مطالعات کو متحد کرتا ہے وہ رد عمل کی انتہائی حساسیت پر مرکوز ہے جو سائلن تہوں کی تشکیل کا باعث بنتا ہے۔ درحقیقت، سلیکیٹ کی سطحوں پر سائلن کی خود جمع شدہ تہوں کا انحصار مختلف پیرامیٹرز جیسے نمی، درجہ حرارت، سائلن ریجینٹ میں نجاست اور سلیکیٹ کی سطح کی قسم پر بتایا گیا ہے۔ سالماتی طور پر ہموار تہوں کے ساتھ متنوع فعال سطحوں کو مستقل اور دوبارہ پیدا کرنے کے لیے، سلیکیٹ سطحوں کی کیمسٹری اور ان طریقوں کو سمجھنا ضروری ہے جن میں مختلف پیرامیٹرز خود جمع شدہ تہوں کی نوعیت کو متاثر کرتے ہیں۔ سلکان اور مائیکا سلکان آکسیڈائزڈ سلکان کی سطح کی ساخت کا بائیو مالیکیولز کے جمع ہونے کے لیے سبسٹریٹ کے طور پر بڑے پیمانے پر مطالعہ کیا گیا ہے۔ پیرانھا محلول کا استعمال سلکان کی سطح پر رد عمل والے ہائیڈروکسیل گروپوں کی سطح کی کثافت کو بڑھانے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ - OH گروپ ہائیڈرولائز کر سکتے ہیں اور اس کے بعد نامیاتی سائلین مالیکیولز کے ساتھ سائلوکسین لنکیجز (Si-O-Si) تشکیل دے سکتے ہیں۔ سلینائزیشن کے لیے سلکان کی سطحوں کی تیاری میں سطح کے آلودگیوں کو ہٹانا شامل ہے۔ یہ یو وی اوزون اور پیرانہا محلول کا استعمال کرکے حاصل کیا جا سکتا ہے۔ خاص طور پر پیرانھا کا محلول کافی سخت علاج تشکیل دیتا ہے جو ممکنہ طور پر سلکان کی سطح کی سالمیت کو نقصان پہنچا سکتا ہے۔ فنلیسن-پٹس اور دیگر۔ سلکان پر بعض علاج کے اثرات کی تحقیقات کی اور یہ نتیجہ اخذ کیا کہ خام پن (3-5 Å) اور بکھرے ہوئے بڑے ذرات کی موجودگی دونوں پلازما علاج کے 1 چکر کے بعد محفوظ رہے۔ تاہم، پیرانھا محلول یا پلازما کے ساتھ علاج کے 30 چکروں کے بعد سلکان کی سطح کو نمایاں طور پر نقصان پہنچا۔ دونوں صورتوں میں، علاج سے سطح پر بے ضابطگیاں اور بڑے مجموعے (مجموعی سائز> 80 این ایم) متعارف ہوئے، جس کا اثر پیرانھا کے استعمال پر زیادہ واضح ہوتا ہے۔ دونوں صورتوں میں، متعدد علاج نے سطح کو چھوٹے حیاتیاتی سالمات کے جمع ہونے کے لیے ناکافی بنا دیا۔ مائیکا مائیکا ایک اور سلیکیٹ ہے جو حیاتیاتی سالمات کے جمع ہونے کے لیے سبسٹریٹ کے طور پر بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔ مائکا سلکان کے مقابلے میں نمایاں فائدہ رکھتا ہے کیونکہ یہ سالماتی طور پر ہموار ہوتا ہے اور اس لیے چھوٹے، چپٹے سالماتوں کے مطالعہ کے لیے بہتر موزوں ہوتا ہے۔ اس میں عام فارمولا K [Si3Al] O10Al2 (OH) 2 کے ساتھ ایک کرسٹل ڈھانچہ ہے اور اس میں دو سلکان ٹیٹراہیڈرل تہوں کے درمیان سینڈوچ شدہ آکٹاڈرل ہائیڈروکسیل ایلومینیم کی چادریں ہوتی ہیں۔ سلکان کی پرت میں، چار میں سے ایک سلکان ایٹم کو ایلومینیم ایٹم سے تبدیل کیا جاتا ہے، جس سے چارج میں فرق پیدا ہوتا ہے جو پڑوسی سلکان کی تہوں کے درمیان خطے میں موجود غیر پابند K + سے آفسیٹ ہوتا ہے۔ مسکووائٹ مائکا پوٹاشیم کی پرت میں واقع سطح کے ساتھ ساتھ پھٹنے کے لیے سب سے زیادہ حساس ہے۔ جب ایک تازہ کٹے ہوئے مائکا کی سطح کو پانی کے ساتھ رابطے میں رکھا جاتا ہے، تو ہائیڈریٹڈ پوٹاشیم آئن مائکا کی سطح سے خارج ہو سکتے ہیں، جس کی وجہ سے سطح پر منفی چارج ہوتا ہے۔ سلکان کی طرح، مائکا کی سطح میں سائلنز کے ذریعہ کوولینٹ منسلک کرنے کے لیے سائلانول گروپوں کی قابل تعریف کثافت نہیں ہوتی ہے۔ ایک حالیہ تحقیق میں بتایا گیا ہے کہ تازہ کٹے ہوئے مائکا میں 11 فیصد سلانول گروپ ہوتے ہیں (یعنی 10 میں سے تقریبا 1 سلکان ایٹم میں ہائیڈروکسیل گروپ ہوتا ہے)۔ اگرچہ یہ ممکن ہے کہ غیر علاج شدہ مائکا کا استعمال کرتے ہوئے سائلنائزیشن کی جا سکے، فعال مائکا پر سطح کے سائلنول گروپوں کی بڑھتی ہوئی کثافت سطح پر سائلن مالیکیولز کے کوولینٹ منسلک کو نمایاں طور پر بہتر بنا سکتی ہے۔ مائکا کو آرگان/واٹر پلازما کے ساتھ ٹریٹمنٹ کے ذریعے چالو کیا جا سکتا ہے، جس سے سلانول کی سطح کی کثافت 30 فیصد ہو جاتی ہے۔ فعال سطحوں کے ساتھ کام کرنا فعال سطحوں پر سلانول گروپوں کے استحکام کے بارے میں ایک اور غور متعارف کراتا ہے۔ گیسن اور دیگر۔ اطلاع دی گئی کہ تازہ کٹے ہوئے مائکا پر موجود سلانول گروپ جو کسی بھی علاج کے تابع نہیں تھے، پلازما سے چلنے والے مائکا کے مقابلے میں ہائی ویکیوم کے تحت زیادہ مستحکم پائے گئے: 64 گھنٹوں کے بعد، تازہ کٹے ہوئے مائکا پلازما کے لیے سلانول گروپوں کی سطح کا احاطہ تقریبا یکساں تھا، جبکہ فعال مائکا کے لیے سطح کا احاطہ 3 گنا کم ہو کر 10 فیصد ہو گیا۔ سلیکیٹ سطحوں پر مالیکیولز کا جذب اس عمل کو بیان کرتا ہے جس کے ذریعے مالیکیولز یا ذرات سطحوں سے جڑے ہوتے ہیں اور جذب سے ممتاز ہوتے ہیں، جس کے ذریعے ذرات جذب کرنے والے مواد کے بڑے حصے میں پھیلتے ہیں۔ جذب شدہ مواد کو ایڈسوربیٹ کہا جاتا ہے، جبکہ سطح کو ایڈسوربنٹ کہا جاتا ہے۔ جذب کی دو اقسام کے درمیان فرق کرنا عام ہے، یعنی جسمانی جذب (جو جذب شدہ مواد کو سطح پر رکھنے والی بین سالماتی قوتوں پر مشتمل ہوتا ہے) اور کیمیائی جذب (جو جذب شدہ مواد کو سطح پر جوڑنے والے کوولینٹ بانڈز پر مشتمل ہوتا ہے)۔ تشکیل شدہ ایڈسوربیٹ کی پرت کی نوعیت کا انحصار ایڈسوربیڈ مواد اور ایڈسوربینٹ کے درمیان تعامل پر ہوتا ہے۔ مزید خاص طور پر، جذب میں شامل میکانزم میں آئن کا تبادلہ (اسی طرح کے چارج شدہ آئنوں کے ذریعے حل سے جذب ہونے والے کاؤنٹر آئنوں کی تبدیلی)، آئن کی جوڑی (حل مرحلے سے آئنوں کا مخالف چارج والے سبسٹریٹس پر سائٹس پر جذب ہونا)، ہائیڈروفوبک بانڈنگ (سبسٹریٹ کی سطح پر گروپوں اور حل میں موجود مالیکیولز کے درمیان غیر قطبی کشش)، سبسٹریٹ کی سطح پر جزوی طور پر چارج شدہ سائٹس اور حل میں مخالف جزوی چارج والے مالیکیولز کے درمیان پی-الیکٹرانوں کے قطبی تعاملات کا پولرائزیشن، اور کوولینٹ بانڈز شامل ہیں۔ جذب ہونے کے مختلف طریقے جذب شدہ پرت کی قسم کو کنٹرول کرنے سے وابستہ پیچیدگیوں کا اشارہ فراہم کرتے ہیں۔ استعمال شدہ سائلن کی قسم مسئلے کو مزید پیچیدہ بنا سکتی ہے، جیسا کہ اے پی ٹی ای ایس کے معاملے میں ہوتا ہے۔ اے پی ٹی ای ایس ایک کلاسیکی مالیکیول ہے جو بائیو مالیکیولز کو متحرک کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے اور تاریخی طور پر اب تک اس میدان میں سب سے زیادہ وسیع پیمانے پر مطالعہ کیا جانے والا مالیکیول رہا ہے۔ چونکہ اے پی ٹی ای ایس فی مالیکیول تین ایتھوکسی گروپوں پر مشتمل ہوتا ہے، اس لیے یہ پانی کی موجودگی میں پولیمرائز ہو سکتا ہے، جس کی وجہ سے افقی اور عمودی سمتوں میں اے پی ٹی ای ایس مالیکیولز کے درمیان لیٹرل پولیمرائزیشن ہوتی ہے اور اولیگومرز اور پولیمرز کی تشکیل ہوتی ہے جو سطح سے منسلک ہو سکتے ہیں۔ حل مرحلے کے رد عمل یا بخارات مرحلے کے رد عمل کا استعمال کرتے ہوئے خود اسمبلی سے رابطہ کیا جا سکتا ہے۔ حل مرحلے کے تجربات میں، سائلن کو ایک غیر آبی سالوینٹ میں تحلیل کیا جاتا ہے اور سطح کے ساتھ رابطے میں رکھا جاتا ہے۔ بخارات مرحلے کے تجربات میں، صرف سائلن کا بخارات سبسٹریٹ کی سطح تک پہنچتا ہے۔ حل کے مرحلے کے رد عمل تاریخی طور پر وہ طریقہ رہا ہے جس کا سب سے زیادہ مطالعہ کیا گیا ہے، اور ایک عام اتفاق رائے جو ہموار امینوسیلین فلموں کی تشکیل کے لیے درکار حالات کے حوالے سے تیار ہوا ہے اس میں درج ذیل شامل ہیں: (1) سطح پر اور حل میں امینوسیلینز کی پولیمرائزیشن کی ڈگری کو منظم کرنے کے لیے پانی کی سخت کنٹرول شدہ ٹریس مقدار کے ساتھ ٹولوین جیسے پانی سے پاک سالوینٹ کی ضرورت ہوتی ہے۔ (2) اولیگومرز اور پولیمرز کی تشکیل کو اعلی سائلن ارتکاز (> 10 ٪) پر پسند کیا جاتا ہے۔ (3) اعتدال پسند درجہ حرارت (60-90 °C) ہائیڈروجن بانڈز جیسے غیر ہم آہنگ تعاملات میں خلل ڈال سکتا ہے، جس کی وجہ سے کم سائلن مالیکیولز ہوتے ہیں جو کمزور ٹیٹلی ہوتے ہیں۔ مزید برآں، حالت (3) سبسٹریٹ سے ٹولوین فیز 20 میں پانی کے جذب ہونے کی حمایت کرتی ہے۔ (4) سلانیزیشن کے رد عمل کے بعد ٹولوین، ایتھنول اور پانی جیسے سالوینٹس سے دھونا کمزور بانڈ والے سائلن مالیکیولز کو ہٹانے اور پرت میں بقیہ الکوکسی لنکیجز کے ہائیڈرولائسیس کے حق میں ہے۔ (5) اعلی درجہ حرارت (110 ڈگری سیلسیس) پر خشک کرنا اور علاج کرنا سائلوکسن لنکیجز کی تشکیل کے حق میں ہے اور امونیم آئنوں کو غیر جانبدار امین میں بھی تبدیل کرتا ہے، جو زیادہ رد عمل ہے۔ بخارات کے مرحلے کے رد عمل بخارات کے مرحلے کی سلانیزیشن کو حل اور سلین کی پاکیزگی میں ٹریس واٹر کی پیچیدگیوں کو روکنے کے طریقے کے طور پر دیکھا گیا ہے۔ چونکہ سائلن کے اولیگومرز اور پولیمرز میں عام طور پر استعمال ہونے والے رد عمل کے درجہ حرارت پر بخارات کا دباؤ نہ ہونے کے برابر ہوتا ہے، اس لیے وہ جمع ہونے کے دوران سلیکیٹ کی سطح تک نہیں پہنچتے۔ چونکہ نظام میں کوئی سالوینٹ نہیں ہے، اس لیے رد عمل میں پانی کی مقدار کو کنٹرول کرنا آسان ہے۔ ہموار مونو لیئرز کو کئی قسم کے سائلنز کے بخارات کے مرحلے میں سائلنائزیشن کے لیے رپورٹ کیا گیا ہے، جن میں امینوسیلینز، آکٹاڈائیسلٹریمیتھوکسائیسلین اور فلوالکیل سائلنز شامل ہیں۔ تاہم، سبسٹریٹ سے سائلن مالیکیولز کے منسلک ہونے کی نوعیت غیر یقینی ہے، حالانکہ جمع ہونے کے بعد سبسٹریٹ کو پانی میں بھگو کر سائلوکسین بانڈ کی تشکیل کو ترجیح دی جا سکتی ہے۔ چن اور دیگر کے ایک حالیہ مطالعے میں، اے پی ٹی ای ایس مونو لیئرز کو مختلف درجہ حرارت اور جمع ہونے کے اوقات میں مستقل طور پر حاصل کیا گیا۔ حاصل شدہ تہوں کی موٹائی بالترتیب 70 ڈگری سیلسیس اور 90 ڈگری سیلسیس پر 5 Å اور 6 Å تھی، جو ایک اے پی ٹی ای ایس مالیکیول کی لگ بھگ لمبائی سے مطابقت رکھتی ہے اور اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ ہر معاملے میں سبسٹریٹس پر یک پرتوں کی تشکیل ہوتی ہے۔ حوالہ جات سلیکن نینو ٹیکنالوجی