Die Oberflächeneigenschaften eines Festkörpers können mit Hilfe dünner, durch Selbstorganisation gebildeter Molekülschichten aus Alkoxysilan-Molekülen gezielt verändert werden. Mikrostrukturierte selbstangeordnete Monolagen (SAM) können für die Anwendung in Bauelementen aus organischen Halbleitern von großem Interesse sein. Mikrokontaktdruck und Photolithographie sind zwei etablierte Verfahren, die jedoch Vorlagen und Masken zur Strukturierung benötigen. Dadurch entstehen bei häufig wechselnden Strukturen nicht zu vernachlässigende Rüstzeiten und Kosten. In der vorliegenden Arbeit wird die Erzeugung lateral strukturierter Schichten von Octadecyltrichlorsilan (OTS) auf Siliziumoxidoberflächen am konkreten Beispiel zweier alternativer, sowohl maskenloser als auch kontaktloser Methoden demonstriert: (i) Tintenstrahlverfahren als rein additive Strukturierung, und (ii) laserinduzierte, photothermische Desorption als subtraktive Strukturierung einer OTS-SAM . Für das Tintenstrahldruckverfahren wird an einem Kontaktwinkelmessgerät eine Methode zur Beobachtung und Auswertung der Tropfenverdampfung implementiert und ein Modell für kleine Tropfen entwickelt. Für die subtraktive Strukturierung werden an einem selbst entwickelten Versuchsaufbau die leistungs- und geschwindigkeitsabhängige Strukturbreite untersucht. Die Ergebnisse der beiden Technologieansätze werden verglichen. / With help of thin layers of alkoxysilane molecules formed by self-assembly, the surface properties of solids can be controlled. Microstructured self-assembled monolayers (SAMs) are interesting for applications in components based on organic semiconductors. Two established technologies for the structuring of molecular monolayers are microcontact printing and photolithography, for which templates and masks need to be structured. In this way, setting times and costs are high if variable patterns have to be structured. In this work, the fabrication of laterally structured monolayers from octadecyltrichlorosilane (OTS) is demonstrated for two examples of alternative, both template-free and maskless technologies: (i) inkjet as a purely additive method, and (ii) photothermal laser desorption as a subtractive structuring of an OTS-SAM. For the inkjet technology, a method for the observation and analysis of the evaporation of a droplet is implemented at a goniometer and a mathematical model for small inkjet droplets is extrapolated, For the subtractive laser structuring, the achievable patterning resolution is investigated as a function of laser intensity and scanning speed. The results of both technological approaches are compared.

Die Oberflächeneigenschaften eines Festkörpers können mit Hilfe dünner, durch Selbstorganisation gebildeter Molekülschichten aus Alkoxysilan-Molekülen gezielt verändert werden. Mikrostrukturierte selbstangeordnete Monolagen (SAM) können für die Anwendung in Bauelementen aus organischen Halbleitern von großem Interesse sein. Mikrokontaktdruck und Photolithographie sind zwei etablierte Verfahren, die jedoch Vorlagen und Masken zur Strukturierung benötigen. Dadurch entstehen bei häufig wechselnden Strukturen nicht zu vernachlässigende Rüstzeiten und Kosten. In der vorliegenden Arbeit wird die Erzeugung lateral strukturierter Schichten von Octadecyltrichlorsilan (OTS) auf Siliziumoxidoberflächen am konkreten Beispiel zweier alternativer, sowohl maskenloser als auch kontaktloser Methoden demonstriert: (i) Tintenstrahlverfahren als rein additive Strukturierung, und (ii) laserinduzierte, photothermische Desorption als subtraktive Strukturierung einer OTS-SAM . Für das Tintenstrahldruckverfahren wird an einem Kontaktwinkelmessgerät eine Methode zur Beobachtung und Auswertung der Tropfenverdampfung implementiert und ein Modell für kleine Tropfen entwickelt. Für die subtraktive Strukturierung werden an einem selbst entwickelten Versuchsaufbau die leistungs- und geschwindigkeitsabhängige Strukturbreite untersucht. Die Ergebnisse der beiden Technologieansätze werden verglichen. / With help of thin layers of alkoxysilane molecules formed by self-assembly, the surface properties of solids can be controlled. Microstructured self-assembled monolayers (SAMs) are interesting for applications in components based on organic semiconductors. Two established technologies for the structuring of molecular monolayers are microcontact printing and photolithography, for which templates and masks need to be structured. In this way, setting times and costs are high if variable patterns have to be structured. In this work, the fabrication of laterally structured monolayers from octadecyltrichlorosilane (OTS) is demonstrated for two examples of alternative, both template-free and maskless technologies: (i) inkjet as a purely additive method, and (ii) photothermal laser desorption as a subtractive structuring of an OTS-SAM. For the inkjet technology, a method for the observation and analysis of the evaporation of a droplet is implemented at a goniometer and a mathematical model for small inkjet droplets is extrapolated, For the subtractive laser structuring, the achievable patterning resolution is investigated as a function of laser intensity and scanning speed. The results of both technological approaches are compared.

This critical review summarizes recent developments in the fabrication of patterned polymer brushes. As top-down lithography reaches the length scale of a single macromolecule, the combination with the bottom-up synthesis of polymer brushes by surface-initiated polymerization becomes one main avenue to design new materials for nanotechnology. Recent developments in surface-initiated polymerizations are highlighted along with diverse strategies to create patterned polymer brushes on all length scales based on irradiation (photo- and interference lithography, electron-beam lithography), mechanical contact (scanning probe lithography, soft lithography, nanoimprinting lithography) and on surface forces (capillary force lithography, colloidal lithography, Langmuir–Blodgett lithography) (116 references). / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Die vorliegende Dissertation beschreibt die Erarbeitung anwendbarer Methoden zum Aufbau Oberflächenplasmonenresonanz (SPR)-basierter DNA-Mikroarrays. Es werden die Beziehungen zwischen allen Teilschritten der Entwicklung eines DNA-Biosensors aufgezeigt. Die Sondendichte auf der Sensoroberfläche ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit eines DNA-Chips. In dieser Arbeit werden thiolmodifizierte Sonden und solche mit Phosphorothioatgruppen verwendet und verglichen. Der Aufbau selbstorganisierender Monoschichten, bestehend aus Mercaptoalkoholen und thiolmodifizierten DNA-Einzelsträngen, wird mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie untersucht. Es werden bis zu 180 Spots auf einem SPR-Chip aufgetragen. Eine weitere Erhöhung der Anzahl an Sondenorten pro Chip wird mit einer hydrophil/hydrophoben Strukturierung der Arrayoberfläche erreicht. Dies erfolgt durch das Mikrokontaktdrucken mit Alkanthiolen. Die selektiven Hybridisierungen der Produkte der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) werden bei SPR-Messungen auf DNA-Mikroarrays detektiert. Eine schnelle markierungsfreie Echtzeitanalyse wird bei Hybridisierungen im mikrofluidischen Kanal innerhalb weniger Minuten erzielt. Die Anwendbarkeit dieser Methoden wurde anhand der Mutationsanalyse der Fusionsgene AML1-ETO und CBFB-MYH11 bei der akuten myeloischen Leukämie bestätigt. Die Hybridisierungseffizienz auf DNA-Mikroarrays hängt stark von der Sodensequenz ab. SPR-Experimente zeigen, dass die Ausbildung der Haarnadelstrukturen die Ursache dafür ist. Ein Computerprogramm (EGNAS) auf Grundlage eines neu entwickelten Nucleobasen-Sequenzentwurf-Algorithmus, ermöglicht die Generierung vollständiger Sequenzsätze. Die Intra- und Interstrangeigenschaften dieser Sequenzen können kontrolliert werden, um Haarnadelstrukturen und Kreuzhybridisierungen zu vermeiden. Dadurch können optimierte Sequenzen für Anwendungen auf DNA-Chips oder in der DNA-Nanobiotechnologie entworfen werden.

This critical review summarizes recent developments in the fabrication of patterned polymer brushes. As top-down lithography reaches the length scale of a single macromolecule, the combination with the bottom-up synthesis of polymer brushes by surface-initiated polymerization becomes one main avenue to design new materials for nanotechnology. Recent developments in surface-initiated polymerizations are highlighted along with diverse strategies to create patterned polymer brushes on all length scales based on irradiation (photo- and interference lithography, electron-beam lithography), mechanical contact (scanning probe lithography, soft lithography, nanoimprinting lithography) and on surface forces (capillary force lithography, colloidal lithography, Langmuir–Blodgett lithography) (116 references). / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Die vorliegende Dissertation beschreibt die Erarbeitung anwendbarer Methoden zum Aufbau Oberflächenplasmonenresonanz (SPR)-basierter DNA-Mikroarrays. Es werden die Beziehungen zwischen allen Teilschritten der Entwicklung eines DNA-Biosensors aufgezeigt. Die Sondendichte auf der Sensoroberfläche ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit eines DNA-Chips. In dieser Arbeit werden thiolmodifizierte Sonden und solche mit Phosphorothioatgruppen verwendet und verglichen. Der Aufbau selbstorganisierender Monoschichten, bestehend aus Mercaptoalkoholen und thiolmodifizierten DNA-Einzelsträngen, wird mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie untersucht. Es werden bis zu 180 Spots auf einem SPR-Chip aufgetragen. Eine weitere Erhöhung der Anzahl an Sondenorten pro Chip wird mit einer hydrophil/hydrophoben Strukturierung der Arrayoberfläche erreicht. Dies erfolgt durch das Mikrokontaktdrucken mit Alkanthiolen. Die selektiven Hybridisierungen der Produkte der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) werden bei SPR-Messungen auf DNA-Mikroarrays detektiert. Eine schnelle markierungsfreie Echtzeitanalyse wird bei Hybridisierungen im mikrofluidischen Kanal innerhalb weniger Minuten erzielt. Die Anwendbarkeit dieser Methoden wurde anhand der Mutationsanalyse der Fusionsgene AML1-ETO und CBFB-MYH11 bei der akuten myeloischen Leukämie bestätigt. Die Hybridisierungseffizienz auf DNA-Mikroarrays hängt stark von der Sodensequenz ab. SPR-Experimente zeigen, dass die Ausbildung der Haarnadelstrukturen die Ursache dafür ist. Ein Computerprogramm (EGNAS) auf Grundlage eines neu entwickelten Nucleobasen-Sequenzentwurf-Algorithmus, ermöglicht die Generierung vollständiger Sequenzsätze. Die Intra- und Interstrangeigenschaften dieser Sequenzen können kontrolliert werden, um Haarnadelstrukturen und Kreuzhybridisierungen zu vermeiden. Dadurch können optimierte Sequenzen für Anwendungen auf DNA-Chips oder in der DNA-Nanobiotechnologie entworfen werden.