Development of nanoimprint lithography(NIL) has enabled high-throughput and high-resolution patterning over the optical limitation. In recent years, thermal nanoimprint has been used to directly pattern functional materials such as organic semiconductors because heat and pressure used in thermal nanoimprint do not damage functional materials. However, issues such as residual layer removal and mold contamination still limit the application of nanoimprint for organic semiconductor patterning. In this work, nanoimprint-based transfer imprinting of organic semiconductor is studied. In the same time the suggested technique is simulated with COMSOL multi-physics simulator to understand its mechanism. This transfer printing technique utilize thermal nanoimprint scheme to enable residual-layer-free patterning of organic semiconductors without mold contamination. The transfer imprinting technique is amenable to roll-to-roll process for high-throughput patterning of organic semiconductors for low-cost organic electronic applications.

This bachelor degree work explores the interrelation between print and surface in fashion design and aims to investigate the expressional possibilities in merging of techniques. With focus on creating an irregular surface through embroidery and fringing, three-dimensional expressions are created, resulting in an illusion of depth and movement within the motifs. The work is textile-driven, hence the main focus has been to find materials, applicational techniques and motifs that interact with each other without conflicts. Through the use of heat sensitive yarns within the transfer printing process a clear relationship between texture and motif occur where the different aspects affect each other and are equally important for the final visual expression. It is the heat-press used to transfer print from paper to surface that is the most vital step of the process. This work strives to propose a transposed order of applying techniques within a design process. Whilst the act of embellishing existing prints has been investigated by a range of designers, this project propose an order where the print is added post additive surface-manipulation. Therefore this work is to be seen as a suggestion of new ways of approaching the use of prints within the fashion field. Balancing between fashion design and textile design, the collection is based on generic prints and shapes which are affected by the surface manipulations used.

’Point of view’ is an investigation of changeable surface patterns in the textile design field. The investigation is performed in order to get a deeper understanding of the relationship between changeable surface patterns and three-dimensional contexts to explore alternative methods.  The aim is to design surface patterns in a three dimensional context developed through printing and layering techniques, and to explore how the patterns change depending on the observer’s perspective. Practice based design experiments were carried out to explore materials and printing techniques such as transfer, digital and burn out. The patterns were in turn placed on a cubic frame with inner and outer layers, and studied for their effects on one another.  The project resulted in a series of surface patterns that were applied in a spatial context. The findings propose an alternative method for designing changeable surface patterns in a three-dimensional setting, using layers, transparency and distance as factors.

Juxtaposing in art and design is a commonly used method of creating something new by recomposing already existing elements. The hybrid outcome allows the spectator to re-evaluate the elements merged, and the new relationship set up between them. Hybrids is an attempt to find such meetings through investigating possible material combinations through a series of fabric manipulating techniques, with the aim to generate volume and expression. Parts of the development, with emphasis on print making, have been conducted in a generative methodological way, using randomization and the computer as an autonomous co-creator. Two fabric manipulating techniques were developed during the course of the work; laser cutting mesh and combining stretchy with stiff materials. The common feature of these techniques is their ability to transform from 2D to 3D. Hybrids questions the hierarchy of the traditional fashion design process where form dictates the choice of material. Instead, material comes first, while form relating to body follows. The result is expressive and bold, positioning itself at the intersection of fashion and textile design.

Large on-chip bandwidths required for high performance electronic chips will render optical components essential parts of future on-chip interconnects. Silicon photonics enables highly integrated photonic integrated circuit (PIC) using CMOS compatible process. In order to maximize the bandwidth density and design flexibility of PICs, vertical integration of electronic layers and photonics layers is strongly preferred. Comparing deposited silicon, single crystalline silicon offers low material absorption loss and high carrier mobility, which are ideal for multi-layer silicon PIC. Three different methods to build multi-layer silicon PICs based on single crystalline silicon are demonstrated in this dissertation, including double-bonded silicon-on-insulator (SOI) wafers, transfer printed silicon nanomembranes, and adhesively bonded silicon nanomembranes. 1-to-12 waveguide fanouts using multimode interference (MMI) couplers were designed, fabricated and characterized on both double-bonded SOI and transfer printed silicon nanomembrane, and the results show comparable performance to similar devices fabricated on SOI. However, both of these two methods have their limitations in optical interconnects applications. Large and defect-free silicon nanomembrane fabricated using adhesive bonding is identified as a promising solution to build multi-layer silicon PICs. A double-layer structure constituted of vertically integrated silicon nanomembranes was demonstrated. Subwavelength length based fiber-to-chip grating couplers were used to couple light into this new platform. Three basic building blocks of silicon photonics were designed, fabricated and characterized, including 1) inter-layer grating coupler based on subwavelength nanostructure, which has efficiency of 6.0 dB and 3 dB bandwidth of 41 nm, for light coupling between layers, 2) 1-to-32 H-tree optical distribution, which has excess loss of 2.2 dB, output uniformity of 0.72 dB and 3 dB bandwidth of 880 GHz, 3) waveguide crossing utilizing index-engineered MMI coupler, which has crossing loss of 0.019 dB, cross talk lower than -40 dB and wide transmission spectrum covering C-band and L-band. The demonstrated integration method and silicon photonic devices can be integrated into the CMOS back-end process for clock distribution and global signaling. / text

The aim of this work is to explore the printed Hawaii shirt through material investigations in search of new print meetings. A vital step for this investigation was to develop the classic Hawaii- prints and motives in mixed media. Followed by exploring alternative printing techniques such as transfer printing, laser cutting and knitting in different materials to reach new expressions yet keeping a clear reference to the Hawaii shirt. The intention of this work was to investigate how the Hawaii shirt with its classic print could interact with the mind and body of the wearer. Furthermore, to question the informal rules of wearing a Hawaii shirt with a starting point in Umberto Eco’s theories about epidemic self-awareness. The motive of this work is to critically look at the society today, with a focus on consumerism, foreign travel and tourism and the expression of it, with the Hawaii shirt as a symbol of these things. Based on the assumption of the Hawaii shirt being a tacky souvenir that tourists bring back home from their holidays. This work show new expressions of the printed Hawaii shirt through innovative print meetings. This work also proposes alternative ways of wearing a Hawaii Shirt.

A ce jour, le développement de textiles intelligents, de peaux artificielles, de capteurs de paramètres environnementaux et de composés optoélectroniques souples ; qui nécessite des innovations à la fois dans la synthèse des matériaux, leur conception mécanique mais aussi, à l’échelle industrielle, en stratégie de production ; présente un intérêt majeur dans le domaine du prêt-à-porter connecté. D’un point de vue mécanique, l’obtention des propriétés de flexibilité et d’étirabilité à faible coût, via un procédé simple, au sein d’un matériau léger et capable de s’expandre sur de grandes surfaces est un prérequis essentiel pour incorporer des dispositifs optoélectroniques au sein des objets connectés portables. Parmi les différents procédés couramment utilisés, l’electrospinning est une technique simple, facilement adaptable et peu onéreuse qui permet un ajustement fin et flexible des morphologies de fibres, l’assemblage de plusieurs nanofibres fonctionnelles et une production en continue à haut débit. Ces multiples avantages sont à l’origine des nombreux travaux concernant l’utilisation de l’electrospinning dans le domaine du prêt-à-porter électronique et/ou connecté. Cependant, il est nécessaire de développer des projets innovants pour ce secteur qui incluent des capteurs détectant des paramètres environnementaux (pH, température), des chemo-capteurs colorimétriques à large spectre (full-color), des composantes électroniques étirables et capteurs tactiles. / To date, the development of smart textiles, artificial skins, environmental sensory devices, and flexible/stretchable optoelectronics involve the innovation of material synthesis, mechanical design, and fabrication strategies have attracted considerable attention in wearable displays. The mechanically flexible and stretchable functions with cost-effective, facile, lightweight, and large-area expandability are essential modules to fabricate the optoelectronic devices in various wearable display applications. Among them, electrospinning is an easy, versatile, and inexpensive technique enables flexible morphology tuning, assembling various functional nanofibers, and high-throughput continuous production has motivated extensive studies on wearable electronics applications. Therefore, it is necessary to develop innovative projects including the environment-sensing elements with pH-sensing dependency, temperature-sensitive, full-color switchable chemosensors, stretchable electronics, and tactile sensors for various wearable electronics applications.

Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Grundlagenuntersuchungen zum Aufbau von nanoskopischen Netzwerken aus DNA. Dabei werden zwei Wege verfolgt: Das Stempeln von DNA-Molekülen auf ein Substrat und die Herstellung von Verknüpfungen aus DNA mit Hilfe von Bindeproteinen. Stempeln von DNA-Molekülen In dieser Arbeit wurde ein Beitrag zu den materialwissenschaftlichen Grundlagen des Übertragens von DNA mit der Stempel-Technik erbracht. Hierbei wurden sowohl das Beladen des Stempels durch Molecular Combing als auch die Übertragung der Moleküle durch Transfer Printing unter den speziellen Bedingungen der Verwendung von DNA-Molekülen vertieft untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, gestreckte DNA-Moleküle zielgerichtet in eine mikroelektronische Struktur mit Goldkontakten zu übertragen. Dazu wurde ein Verfahren erarbeitet, bei dem die Kontaktstruktur und ein dazu passender, strukturierter PDMS (Polydimethylsiloxan)-Stempel exakt positioniert werden können. Das Adsorptionsverhalten von DNA auf PDMS wurde in Abhängigkeit vom pH-Wert des Puffers untersucht. Im gesamten pH-Bereich von 4 bis 10 wurde Adsorption mit hoher Belegungsdichte und vollständiger Streckung der Moleküle beobachtet. Diese Beobachtung kann im Rahmen eines phänomenologischen Modells erklärt werden, das auf einer Bilanz der Adsorptionskraft und der für die Streckung der DNA notwendigen Kraft beruht. In der Literatur wird hingegen berichtet, dass bisher nur in einem kleinen pH-Bereich um 5,5 diese hohe Adsorptionsrate gestreckter Moleküle auf einer hydrophoben Oberfläche erreicht werden konnte. Das Adsorptionsverhalten von DNA auf PDMS wurde in Abhängigkeit von der NaCl-Molarität des Puffers untersucht. Es wurde festgestellt, dass mit steigender Salzkonzentration die Belegungsdichte an Molekülen zunimmt und bei ca. 100 mM ein Maximum aufweist. Aus dem Gang der Anzahl der adsorbierten Moleküle mit der Salzkonzentration ist erkennbar, dass dieser Prozess zumindest durch zwei konkurrierende Mechanismen bestimmt ist: der Zunahme der Bindungen zwischen DNA und Substrat aufgrund steigender Adsorption von Na+- Ionen auf der DNA bzw. dem Substrat und von Cl-- Ionen auf dem Substrat (dies führt zu einer Zunahme der Adsorptionsrate) und der Stabilisierung des Doppelstranges (dies führt zu einer Abnahme der Adsorptionsrate). Die hohe Adsorptionsrate geschlossener Plasmide zeigte, dass die Adsorption auf PDMS auch bei DNA-Molekülen möglich ist, die keinen bevorzugten Ort für das Aufschmelzen des Doppelstranges haben. Experimentell konnten die Ergebnisse einer Modellrechnung bestätigt werden, wonach bei doppelsträngiger DNA bereits zwei aufgeschmolzene Basenpaare ausreichen, damit die Adsorption über hydrophobe Wechselwirkungen beginnen kann. Der Nachweis der vollständigen Übertragung der DNA-Moleküle während des Transfers vom Stempel auf das Substrat wurde rasterkraftmikroskopisch geführt. Der Transferprozess wurde experimentell untersucht und daraus resultierend seine Darstellung als zweistufiger Mechanismus vorgeschlagen. Es wurde gezeigt, dass Wassermolekülen beim Übertragungsprozess die entscheidende Rolle zukommt: Wassermoleküle, die sich entlang der DNA befinden, müssen den Kontakt zum Wasserlayer auf dem Glas vermitteln, so dass die DNA nach dem Prinzip des kapillaren Greifens übertragen werden kann. DNA-Verknüpfungen mittels Tet-Repressor-Protein Die aus der bakteriellen Genregulation bekannte sequenzspezifische Bindung zwischen der tetO-Sequenz auf der DNA und dem TetR-Protein wurde genutzt, um definierte Konstrukte aus DNA und Bindeproteinen herzustellen. Mit dem modifizierten Protein scTetRtDL, das zwei Bindedomänen für tetO besitzt, konnten jeweils zwei DNA-Moleküle verknüpft werden. Aus 568 bp-Fragmenten, die leicht außermittig die tetO-Sequenz tragen, wurden durch die Bindung mit scTetRtDL kreuzförmige DNA-Strukturen hergestellt. Das ca. 1 µm lange, linearisierte und tetO-tragende Plasmid pUC19/AV16 wurde verwendet, um größere Strukturen herzustellen. Durch Schneiden des Plasmides mit verschiedenen Restriktionsenzymen und der daraus resultierenden Variation der Position von tetO ist die Konstruktion von unterschiedlichen Strukturen möglich. Mittels Proteinbindung wurden Kreuzungen und aneinander gekettete Moleküle (so genannte Verlängerungen) erzeugt. Die konstruierten DNA-Protein-Komplexe wurden mit dem Rasterkraftmikroskop abgebildet. Mittels Gelelektrophorese wurde der Einfluss der sequenzinduzierten Biegungen im Plasmid pUC19/AV16 auf das Laufverhalten im Gel untersucht.

Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Grundlagenuntersuchungen zum Aufbau von nanoskopischen Netzwerken aus DNA. Dabei werden zwei Wege verfolgt: Das Stempeln von DNA-Molekülen auf ein Substrat und die Herstellung von Verknüpfungen aus DNA mit Hilfe von Bindeproteinen. Stempeln von DNA-Molekülen In dieser Arbeit wurde ein Beitrag zu den materialwissenschaftlichen Grundlagen des Übertragens von DNA mit der Stempel-Technik erbracht. Hierbei wurden sowohl das Beladen des Stempels durch Molecular Combing als auch die Übertragung der Moleküle durch Transfer Printing unter den speziellen Bedingungen der Verwendung von DNA-Molekülen vertieft untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, gestreckte DNA-Moleküle zielgerichtet in eine mikroelektronische Struktur mit Goldkontakten zu übertragen. Dazu wurde ein Verfahren erarbeitet, bei dem die Kontaktstruktur und ein dazu passender, strukturierter PDMS (Polydimethylsiloxan)-Stempel exakt positioniert werden können. Das Adsorptionsverhalten von DNA auf PDMS wurde in Abhängigkeit vom pH-Wert des Puffers untersucht. Im gesamten pH-Bereich von 4 bis 10 wurde Adsorption mit hoher Belegungsdichte und vollständiger Streckung der Moleküle beobachtet. Diese Beobachtung kann im Rahmen eines phänomenologischen Modells erklärt werden, das auf einer Bilanz der Adsorptionskraft und der für die Streckung der DNA notwendigen Kraft beruht. In der Literatur wird hingegen berichtet, dass bisher nur in einem kleinen pH-Bereich um 5,5 diese hohe Adsorptionsrate gestreckter Moleküle auf einer hydrophoben Oberfläche erreicht werden konnte. Das Adsorptionsverhalten von DNA auf PDMS wurde in Abhängigkeit von der NaCl-Molarität des Puffers untersucht. Es wurde festgestellt, dass mit steigender Salzkonzentration die Belegungsdichte an Molekülen zunimmt und bei ca. 100 mM ein Maximum aufweist. Aus dem Gang der Anzahl der adsorbierten Moleküle mit der Salzkonzentration ist erkennbar, dass dieser Prozess zumindest durch zwei konkurrierende Mechanismen bestimmt ist: der Zunahme der Bindungen zwischen DNA und Substrat aufgrund steigender Adsorption von Na+- Ionen auf der DNA bzw. dem Substrat und von Cl-- Ionen auf dem Substrat (dies führt zu einer Zunahme der Adsorptionsrate) und der Stabilisierung des Doppelstranges (dies führt zu einer Abnahme der Adsorptionsrate). Die hohe Adsorptionsrate geschlossener Plasmide zeigte, dass die Adsorption auf PDMS auch bei DNA-Molekülen möglich ist, die keinen bevorzugten Ort für das Aufschmelzen des Doppelstranges haben. Experimentell konnten die Ergebnisse einer Modellrechnung bestätigt werden, wonach bei doppelsträngiger DNA bereits zwei aufgeschmolzene Basenpaare ausreichen, damit die Adsorption über hydrophobe Wechselwirkungen beginnen kann. Der Nachweis der vollständigen Übertragung der DNA-Moleküle während des Transfers vom Stempel auf das Substrat wurde rasterkraftmikroskopisch geführt. Der Transferprozess wurde experimentell untersucht und daraus resultierend seine Darstellung als zweistufiger Mechanismus vorgeschlagen. Es wurde gezeigt, dass Wassermolekülen beim Übertragungsprozess die entscheidende Rolle zukommt: Wassermoleküle, die sich entlang der DNA befinden, müssen den Kontakt zum Wasserlayer auf dem Glas vermitteln, so dass die DNA nach dem Prinzip des kapillaren Greifens übertragen werden kann. DNA-Verknüpfungen mittels Tet-Repressor-Protein Die aus der bakteriellen Genregulation bekannte sequenzspezifische Bindung zwischen der tetO-Sequenz auf der DNA und dem TetR-Protein wurde genutzt, um definierte Konstrukte aus DNA und Bindeproteinen herzustellen. Mit dem modifizierten Protein scTetRtDL, das zwei Bindedomänen für tetO besitzt, konnten jeweils zwei DNA-Moleküle verknüpft werden. Aus 568 bp-Fragmenten, die leicht außermittig die tetO-Sequenz tragen, wurden durch die Bindung mit scTetRtDL kreuzförmige DNA-Strukturen hergestellt. Das ca. 1 µm lange, linearisierte und tetO-tragende Plasmid pUC19/AV16 wurde verwendet, um größere Strukturen herzustellen. Durch Schneiden des Plasmides mit verschiedenen Restriktionsenzymen und der daraus resultierenden Variation der Position von tetO ist die Konstruktion von unterschiedlichen Strukturen möglich. Mittels Proteinbindung wurden Kreuzungen und aneinander gekettete Moleküle (so genannte Verlängerungen) erzeugt. Die konstruierten DNA-Protein-Komplexe wurden mit dem Rasterkraftmikroskop abgebildet. Mittels Gelelektrophorese wurde der Einfluss der sequenzinduzierten Biegungen im Plasmid pUC19/AV16 auf das Laufverhalten im Gel untersucht.

<p>The use of silicon nanoneedles provides a unique and versatile biointerface for a range of biomedical applications. In this work, we propose a rational design for vertical Si nanoneedles that are printed on a polymer substrate for ocular drug delivery, intracellular recording, and intra-organoid sensing. To enable minimally invasive and long-term sustained delivery of ocular drugs, we integrate vertical Si nanoneedles with a tear-soluble contact lens for ocular drug delivery. We demonstrate the effectiveness of this platform in treating corneal neovascularization in an in vivo rabbit model, surpassing the current gold standard surgical therapy. This platform has the potential to revolutionize the management of various chronic ocular diseases without causing significant side effects.</p> <p>To enable intracellular recording, we present a unique platform consisting of vertical Si nanoneedles coated with a thin, transparent network of Au-Ag nanowires. This platform is held in place and enclosed by a soft, transparent elastomer, providing simultaneous intracellular recording and live imaging with applications in neuroscience, cardiology, muscle physiology, and drug screening. To demonstrate the utility of this platform, we monitored electrical potentials from cardiomyocyte cells and cardiovascular organoids. Additionally, we propose an intra-organoid sensing platform with vertical Si nanoneedles transfer printed into a soft scaffold. This platform can be adjusted and tailored for various organoids and tumor tissues of interest, or used to deliver bioactive molecules of interest into organoids in response to external stimuli.</p> <p>Our proposed designs of vertical Si nanoneedles based platforms demonstrate their significant potential for a broad range of biomedical applications, including ocular drug delivery, intracellular recording, and intraorganoid sensing. These platforms have the potential to revolutionize current approaches and pave the way for future developments in biomedical research and clinical applications, offering new possibilities for the diagnosis and treatment of a wide range of diseases.</p>