DE69730149T2 - Kontaktkopierverfahren auf einem mit gold beschichteten film - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung liegt in dem Gebiet des Kontaktdruckens und spezieller liegt die vorliegende Erfindung im Gebiet des Mikrokontaktdruckens auf Metallfilmen, wie z. B. Gold.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Mikrokontaktdrucken ist eine Technik zum Ausbilden von Mustern von organischen Monoschichten mit lateralen Dimensionen im Mikrometer- und Submikrometer-Bereich. Es bietet experimentelle Einfachheit und Flexibilität beim Ausbilden bestimmter Typen von Mustern. Sie baut auf der merklichen Fähigkeit von selbst organisierenden Monoschichten von langkettigen Alkanthiolaten auf, sich auf Gold und anderen Metallen auszubilden. Diese Muster können als Nanometer dicke Fotolacke durch Schützen des unterliegenden Metalls gegen Korrosion durch geeignet formulierte Ätzmittel fungieren oder können die selektive Platzierung von Flüssigkeiten auf hydrophilen Regionen des Musters ermöglichen. Muster von selbst organisierenden Monoschichten haben Dimensionen, welche geringer als 1 μm sein können und werden durch Verwenden des Alkanthiols als eine „Tinte" und durch Bedrucken auf der Metallunterlage unter Verwendung eines elastomerischen „Stempels" ausgebildet. Der Stempel wird hergestellt durch Gießformen eines Silikonelastomers unter Verwendung einer Druckvorlage, welche durch optische oder Röntgenstrahlen-Mikrolithographie oder durch andere Techniken hergestellt wird.
  • US-A-5 512 131 betrifft ein Verfahren zum Ausbilden von Mustern auf einem Oberflächenmaterial. Ein Polymersubstrat wird offenbart, welches ein Metallcoating aufweist, auf dem eine selbst organisierende Monoschicht gedruckt ist, um die erzeugte Einheit in einem Prozess zum Stempeln oder als Schalter zu verwenden.
  • Mikrokontaktdrucken von selbst organisierenden Muster-bildenden Monoschichten bringt für die Mikrofabrikation eine Vielzahl von neuen Möglichkeiten. Zuerst macht es das Mikrokontaktdrucken möglich, dass Muster ausgebildet werden, die nur durch ihre konstituierten funktionellen Gruppen unterschieden werden; diese Fähigkeit ermöglicht die Kontrolle von Oberflächeneigenschaften, wie z. B. freien Grenzflächen-Energien mit großer Präzision. Zweitens erzeugt es, da das Mikrokontaktdrucken auf molekulare Selbstorganisation baut, ein System, das (zumindest lokal) nahe am thermodynamischen Minimum ist und das inwendig Defekt-abweisend sowie selbst-heilend ist. Einfache Prozeduren mit minimalem Schutz gegen Oberflächenkontamination durch adsorbierte Materialien oder durch Partikel können zu überraschend niedrigen Leveln an Defekten in den letztendlichen Strukturen führen. Das Verfahren kann bei atmosphärischem Druck in einer ungeschützten Laboratmosphäre durchgeführt werden. Folglich ist Mikrokontaktdrucken speziell in Laboren sinnvoll, die keinen Routinezugang zu dem Equipment haben, welches üblicherweise in der Mikrofabrikation verwendet wird, oder für die die kapitalen Kosten der Ausrüstung ein ernsthaftes Problem darstellen. Drittens können die selbst organisierenden Muster-bildenden Monoschichten so designed werden, dass sie als Fotolacke zusammen mit einer Vielzahl von nasschemischen Ätzmitteln fungieren.
  • Das Arbeiten mit flüssigen Ätzsubstanzen leidet unter dem Nachteil, dass Lösungsmittel gehandhabt werden müssen und Abwässer entsorgt werden müssen, hat jedoch auch substantielle Vorteile: ein hoher Grad an Kontrolle über die Kontamination an Oberflächen; verminderte Schädigung des Substrates gegen energetische Wechselwirkungen mit Atomen oder Ionen; die Fähigkeit komplexe und sensitive organische Funktionalitäten zu manipulieren. Da die selbst organisierenden Monoschichten nur 1 bis 3 nm dick sind, geht in der Kantendefinition aufgrund der Dicke des Lackes wenig verloren; die überwiegend bestimmenden Faktoren der Kantenauflösung scheinen die Genauigkeit des Kontaktdruckens und die Anisotropie des Ätzens des darunterliegenden Metalles zu sein. In den gegenwärtig besten Fällen können Funktionen von einer Größe von 0,2 μm fabriziert werden. Kantenauflösung in Systemen, welche diese Auflösung in funktioneller Größe zeigen, liegt bei weniger als 50 nm.
  • Im Stand der Technik wird ein Goldfilm von 5 bis 2000 nm Dicke typischerweise auf mit Titan grundierten Si/SiO2-Wafer- oder Glasbeschichtungen unterlegt. Das Titan dient als ein Adhäsionskatalysator zwischen Gold und der Unterlage. Jedoch ist der Siliziumwafer steif, brüchig und kann kein Licht transmittieren. Diese Siliziumwafer sind auch nicht geeignet für einen großskalierten, kontinuierlichen Druckprozess beispielsweise in der Typographie, der Gravur, für Offset- und Rasterdrucken (siehe Printing Fundamentals, A. Glassman, Ed. (Tappi Press Atlanta, GA 1981); Encyclopedia Britannica, vol. 26, pp. 76–92, 110–111) (Encyclopedia Britannica, Inc. 1991)). Darüber hinaus muss Silizium in einem separaten Schritt mit einem Adhäsionskatalysator, wie z. B. Chrom oder Ti tan oder Au behandelt werden, da andernfalls das Gold nicht ausreichend haften wird, was die Ausbildung einer stabilen und wohl organisierten selbst organisierenden Monoschicht verhindert. Schließlich ist Silizium opaque, so dass jegliche Art von erhaltenem Diffraktionsmuster mit reflektiertem Licht, nicht jedoch mit transmittiertem Licht erzeugt werden muss. Was nötig ist, ist ein einfaches effizientes und simples Verfahren des Kontaktdruckens auf einem optisch transparenten flexiblen Substrat, das für kontinuierliche Verarbeitung zugänglich ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zum Ausbilden eines optischen Sensors umfassend einen Film mit zumindest einer Muster-bildenden selbst organisierenden Monoschicht darauf, wie in Anspruch 17 definiert. Die vorliegende Erfindung umfasst des weiteren einen optischen Sensor, welcher einen Film mit zumindest einer Musterbildenden selbst organisierenden Monoschicht darauf umfasst, wie in Anspruch 1 definiert ist. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Muster-bildende selbst organisierende Monoschichten erlauben die kontrollierte Platzierung auf Flüssigkeiten, welche eine chemisch reaktive Indikatorfunktionalität enthalten können, auf ihnen. Die optisch sensitiven Einheiten, die dabei hergestellt werden, wenn der Film einem Analyten und Licht ausgesetzt wird, erzeugen optische Diffraktionsmuster, welche sich je nach Art der Reaktion der selbst organisierenden Monoschicht mit dem Analyten von Interesse unterscheiden. Das Licht kann im sichtbaren Spektrum liegen und wird durch den Film transmittiert, und der Analyt kann jegliche Verbindung sein, die mit der selbst organisierenden Monoschicht reagiert. Die vorliegende Erfindung stellt auch eine flexible Unterlage für eine selbst organisierende Monoschicht auf Gold oder anderen geeigneten Metallen zur Verfügung.
  • Die vorliegende Erfindung schließt eine Unterlage für eine selbst organisierende Monoschicht auf Gold oder anderen geeigneten Materialien ein, das keinen Adhäsionskatalysator für die Ausbildung von wohl organisierten selbst organisierenden Monoschichten benötigt. Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Unterlage für eine selbst organisierende Monoschicht auf Gold oder anderen Materialien bereit, welche für kontinuierliche – eher als für schubweise – Fabrikation geeignet ist. Schließlich stellt die Erfindung einen billigen wegwerfbaren Sensor zur Verfügung, welcher in Masse produziert werden kann.
  • Diese und andere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich nach dem Studium der vorliegenden detaillierten Beschreibung der offenbarten Ausführungsformen.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • 1 ist ein Schema des Kontaktdruckens von selbst organisierenden Monoschichten. Eine Polydimethylsiloxan (PDMS; Silikon-Elastomer 184; Dow Corning Corp., Midland, MI) wird auf einer Silikon-Druckvorlage, welche ein vorbestimmtes Muster enthält, polymerisiert. Das PDMS wird von der Druckvorlage abgezogen und dann einer Lösung enthaltend HS(CH2)15CH3 ausgesetzt. Der mit Alkanthiol gecoatete Stempel wird dann auf das Gold-gecoatete Substrat gestempelt. Anschließend wird die Oberfläche des Substrates einer Lösung ausgesetzt, welche ein unterschiedliches Alkanthiol, wie z. B. HS(CH2)11OH enthält.
  • 2 ist ein AFM-Bild (atomic force microscopy) von aufgedampftem Gold auf MYLAR®, käuflich erworben vom Courtaulds Performance Films (Canoga Park, CA). Die durchschnittliche Rauhigkeit der Goldschicht ist 3–4 Nanometer bei einer maximalen Rauhigkeit von 9 Nanometern.
  • 3a, 3b und 3c sind AFM-Bilder eines hydrophilen selbst organisierten Kreises einer Monoschicht von 16-Mercaptohexadecan-Säure, wie in Beispiel 1 beschrieben. 3a ist ein topographisches Bild, 3b ist ein Lateralkraft Bild und 3c ist eine dreidimensionale Graphik des topographischen Bildes.
  • 4 ist ein Bild, aufgenommen mit einem Feldemissions-Sekundär-Elektronenmikroskop (field emission secondary electron microscope) und stellt Kreise von 10 Mikronmeter Durchmesser von hydrophilen selbst organisierenden Monoschichten ausgebildet durch Drucken von 16-Mercaptohexadecan-Säure, wie in Beispiel 1, unten beschrieben, dar.
  • 5a ist ein optisches mikroskopisches fotografisches Bild in 300facher Vergrößerung von Kreisen von 10 Mikronmeter Durchmesser von hydrophilen selbst organi sierenden Monoschichten, welche durch Drucken von 16-Mercaptohexadecan-Säure, wie in Beispiel 1 unten beschrieben, ausgebildet werden und nach der Exposition gegen ein aushärtbares optisches Klebemittel von hoher Oberflächenenergie. Das Klebemittel wurde durch Exposition gegen ultrtaviolettes Licht (UV) ausgehärtet.
  • 5b ist eine Fotografie des Diffraktionsmusters, ausgebildet durch sichtbares Licht, welches von dem Muster der selbst organisierenden Monoschicht, beschrieben von 5a, gezeigt wird.
  • 6 ist ein mikroskopisches Bild, aufgenommen von einem Feldemissions-Sekundär-Elektronenmikroskop, von Kreisen von 10 Mikrometern Durchmesser, ausgebildet durch Drucken von selbst organisierenden Polymeren, die unter Licht aushärtbar sind, auf hydrophilen selbst organisierenden Monoschichten.
  • 7a und 7b sind mikroskopische Aufnahmen eines Feldemissions-Sekundär-Elektronenmikroskops von Kreisen von 1,5 Mikronmeter Durchmesser, ausgebildet von selbst organisierenden durch Licht aushärtbaren Polymeren, auf hydrophilen selbst organisierenden Monoschichten, wie sie gemäß der Beschreibung von Beispiel 1 gedruckt werden.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Sensors bereit, welcher einen Film mit zumindest einer Muster-bildenden selbst organisierenden Monoschicht darauf, wie in Anspruch 17 definiert, umfasst.
  • Die vorliegende Erfindung stellt des weiteren einen optischen Sensor bereit, der einen Film umfasst mit zumindest einer Muster-bildenden selbst organisierenden Monoschicht darauf, wie sie in Anspruch 1 definiert wird.
  • Das Verfahren zum Herstellen eines optischen Sensors kann das Kontaktdrucken von Muster-bildenden selbst organisierenden Monoschichten aus Alkanthiolaten, Carboxylsäuren, Hydroxamsäuren und Phosphorsäuren auf metallischen Polymerfilmen, wünschenswerterweise thermoplastischen Polymerfilmen, umfassen. Muster-bildende selbst organisierende Monoschichten ermöglichen auf ihnen die kontrollierte Platzierung von Flüssigkeiten, welche chemisch reaktive Indikatorfunktionalität enthalten können. Die Bezeichnung „Muster-bildende selbst organisierende Monoschichten darauf", wie sie hier verwendet wird, steht für die selbst organisierenden Monoschichten in jeglicher Art von Muster auf den metallisierten Polymerfilmen einschließlich eines festen Musters.
  • Optische Sensoreinheiten werden gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt. Wenn der Film mit den selbst organisierenden Monoschichten darauf einem Analyten ausgesetzt wird, der in der Lage ist, mit der selbst organisierenden Monoschicht zu reagieren, wird der Film optische Diffraktionsmuster erzeugen, welche sich je nach Art der Reaktion der selbst organisierenden Monoschicht mit dem Analyten von Interesse unterscheiden. Die Flüssigkeit kann eine Flüssigkeit mit hoher Oberflächenspannung sein, wie z. B. Wasser. Das Licht kann im sichtbaren Spektrum sein und wird durch den Film transmittiert und der Analyt kann jegliche Verbindung sein, die mit der selbst organisierenden Monoschicht reagiert.
  • Selbst organisierende Monoschichten von organischen Verbindungen auf anorganischen oder metallischen Oberflächen werden verstärkt in vielen Gebieten der Materialwissenschaft wichtig. Obwohl es viele verschiedene Systeme von selbst organisierenden Monoschichten basierend auf verschiedenen organischen Komponenten und Unterlagen gibt, sind die gewünschten Systeme diejenigen von Alkanthiolaten, HS(CH2)nR, auf Goldfilmen. Typischerweise wird ein Goldfilm, 5 bis 2 000 nm dick, auf eine Unterlage des mit Titan grundierten Si/SiO2-Wafers oder einer Glasbeschichtung gebracht. Das Titan dient als ein Adhäsionskatalysator zwischen Gold und der Unterlage. Die Alkanthiole chemiesorbieren auf der Goldoberfläche aus einer Lösung, in welche der Goldfilm eingetaucht ist und bilden adsorbierte Alkanthiolate unter Verlust von Wasserstoff aus. Adsorption kann auch aus der Gasphase erfolgen. Selbst organisierende Monoschichten, ausgebildet auf Gold bestehend aus langkettigen Alkanthiolen der Struktur X(CH2)2Y(CH2)mS sind hochorganisiert und können als kristallin oder quasi-kristalline molekulare Arrays betrachtet werden. Eine große Bandbreite von organischen funktionellen Gruppen (X, Y) können auf die Oberfläche bzw. in das Innere der Monoschicht eingebracht werden.
  • Selbst organisierende Monoschichten können daher maßgeschneidert werden, um eine große Bandbreite von Materialeigenschaften zur Verfügung zu stellen: Benetzbarkeit und Schutz gegen Korrosion durch chemische Ätzmittel sind besonders relevant für μCP.
  • 1 erläutert die Prozedur, welche für das Mikrokontaktdrucken eingesetzt wird. Ein elastomerischer Stempel wird verwendet, um die Alkanthiole („Tinte") auf eine Goldoberfläche durch Kontakt zu transferieren; wenn der Stempel ein Muster aufweist, bildet sich eine Muster-bildende selbst organisierende Monoschicht aus. Der Stempel wird durch Gießen von Polydimethylsiloxan (PDMS) auf eine Druckvorlage, die das gewünschte Muster aufweist, hergestellt. Druckvorlagen werden unter Verwendung standardisierter fotolithografischer Techniken hergestellt oder aus existierenden Materialien konstruiert, welche mikroskalierte Oberflächeneigenschaften aufweisen.
  • In einer typischen experimentellen Vorgehensweise wird eine fotolithografisch hergestellte Druckvorlage in eine Petrischale aus Glas oder Plastik platziert und eine Mischung im Verhältnis 10 : 1 (bezogen auf das Gewicht oder das Volumen) von SYLGARD Silikonelastomer 184 und SYLGARD Silikonelastomer 184 aushärtendes Agents (Dow Corning Corporation) wird darüber gegossen. Das Elastomer wird anschließend für ungefähr 30 Minuten unter Raumtemperatur und Atmosphären-Druck zum Sedimentieren stehen gelassen, so dass es entgast und dann für 1 bis 2 Stunden bei 60°C ausgehärtet und sorgsam von der Gussform abgelöst. Das „Mit-Tinte-Versehen" des elastomerischen Stempels wird durch das Exponieren des Stempels gegen eine 0,1 bis 1,0 mM Lösung von Alkanthiol in anhydridischem Ethanol realisiert, entweder durch Gießen der Lösung über die Oberfläche des Stempels oder durch mildes Reiben mit einem Ohrenstäbchen, das mit der Tintenlösung gesättigt worden ist. Der Stempel kann anschließend trocknen, bis keine Flüssigkeit mit dem Auge auf der Oberfläche des Stempels ersichtlich ist (typischerweise ungefähr 60 Sekunden) entweder unter Umgebungsbedingungen oder unter Exposition gegen einen Strom aus Stickstoffgas. Nach dem mit Tinte versehen, wird der Stempel (typischerweise per Hand) auf eine Goldoberfläche angewandt. Sehr leichter Handdruck wird verwendet, um dabei zu helfen, vollständigem Kontakt zwischen dem Stempel und der Oberfläche herzustellen. Der Stempel wird dann sorgsam von der Oberfläche abgelöst. Nach der Entfernung des Stempels wird die Oberfläche gegen den Überschuss an Thiol gewaschen und die gemusterte Goldoberfläche kann chemischen Ätzmitteln (siehe unten), die selektiv underivatisierte Flächen der Goldoberfläche entfernen, ausgesetzt werden und, falls gewünscht wird, auch die darunter liegende(n) Unterlag(en). Alternativ kann weitere Derivatisierung von ungestempelten Flächen realisiert werden, entweder durch Verwendung eines zweiten Stempels oder durch Waschen der ganzen Oberfläche mit einem anderen Alkanthiol.
  • Der elastomerische Charakter des Stempels ist essentiell für den Erfolg des Verfahrens. Polydimethylsiloxan (PDMS) ist im ausgehärteten Zustand hinreichend elastomerisch um gut angepassten Kontakt des Stempels und der Oberfläche zu erlauben, sogar für Oberflächen mit signifikantem Relief; dieser Kontakt ist essentiell für den effizienten Kontakttransfer der Alkanthiol-„Tinte" auf dem Goldfilm. Die elastomerischen Eigenschaften von PDMS sind auch wichtig, wenn der Stempel von der Druckvorlage entfernt wird: falls der Stempel steif (wie die Druckvorlage) wäre, wäre des schwierig, den Stempel und die Druckvorlage nach dem Aushärten ohne das Beschädigen einer der beiden Substrate zu trennen. PDMS ist auch hinreichend steif, um seine Form beizubehalten, sogar für Charakteristika in Dimensionen von Submikronmetern: wir haben erfolgreich Muster erzeugt mit Linien, die gerade einmal 200 nm breit waren. Die Oberfläche von PDMS weist eine niedrige freie Grenzflächen-Energie (y = 22,1 dyn/cm) auf, und der Stempel haftet nicht an dem Goldfilm. Der Stempel ist beständig: Wir haben den gleichen Stempel bis zu 100 mal über einen Zeitraum von mehreren Monaten ohne signifikante Verschlechterung in seiner Funktion verwendet. Die polymerische Natur von PDMS spielt auch eine kritische Rolle in der Prozedur des Mit-Tinte-Versehens, in der es erlaubt, dass der Stempel das Alkanthiol durch Anschwellen absorbiert.
  • Mikrokontaktdrucken auf Goldoberflächen kann mit einer Vielzahl von Alkanethiol „Tinten" durchgeführt werden. Alkanthiole, die keine reaktive Verteilung (nach der Applikation auf dem Goldfilm) eingehen, werden zur Ausbildung von kleinen Funktionen mit hoher Auflösung benötigt. Für das Stempeln an Luft kann man autophobe Alkanthiole verwenden, wie z. B. Hexadecanthiol. Mikrokontaktdrucken von anderen nicht-autophoben Alkanthiolen, beispielsweise HS(CH2)15COOH kann durchgeführt werden durch Stempeln unter einer Flüssigkeit, wie z. B. Wasser. Muster-bildende, selbstorganisierende Monoschichten von Alkanthiolen auf Gold, stellen exzellente Fotolackcharakteristika mit einer Vielzahl von nass-chemischen Ätzmitteln zur Verfügung.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die selbstorganisierende Monoschicht aus einem eine endständige Carboxylgruppe tragenden Alkanthiol ausgebildet, die mit einem mustertragenden elastomerischen Stempel auf einen mit Goldoberfläche versehenen thermoplastischen Film, wie z. B. MYLAR® gestempelt wird. Das Alkanthiol wird in die Tintenphase gebracht mit einer Lösung von Alkanthiol in Ethanol, getrocknet und in Kontakt mit einer Oberfläche von Gold gebracht. Das Alkanthiol wird auf die Oberfläche nur in diejenigen Regionen transferiert, wo der Stempel die Oberfläche kontaktiert, was ein Muster von selbst organisierenden Monoschichten erzeugt, welches durch das Muster des Stempels definiert ist. Optional können Flächen von unmodifizierter Goldoberfläche benachbart zu den gestempelten Flächen hydrophop gemacht werden, durch Reaktion mit einem Alkanthiol mit endständiger Methylgruppe.
  • Eine etwas detailliertere Beschreibung der Verfahren und der optischen Sensoren der vorliegenden Erfindung folgt.
  • Jegliche Art von thermoplastischem Film, auf welchem ein Metallsubstrat abgeschieden werden kann, ist für die vorliegende Erfindung geeignet. Diese schließen ein, sind jedoch nicht limitiert auf Polymere, wie z. B.: Polyethylenterephthalat (MYLAR®); Acrylnitril-Butadien-Styrol; Acrylnitril-Methylacrylat-Copolymer; Cellophan; Cellulosepolymere, wie z. B. Ethylcellulose, Celluloseacetat, Celluloseacetatbutyrat, Cellulosepropionat, Cellulosetriacetat; Polyethylen; Polyethylen-Vinylacetat-Copolymere; Ionomere (Ethylenpolymere); Polyethylen-Nylon-Copolymere; Polypropylen; Methylpentenpolymere; Polyvinylfluorid und aromatische Polysulfone. Vorzugsweise weist der plastische Film eine optische Transparenz von mehr als 80% auf. Andere geeignete Thermoplaste und Unterlagen können beispielsweise in Referenzarbeiten gefunden werden, wie z. B. in Modern Plastics Encyclopedia (McGraw-Hill Publishing Co., New York 1923–1996).
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der thermoplastische Film mit einem Metallcoating darauf, eine optische Transparenz zwischen ungefähr 5% und 95% auf. Eine mehr bevorzugte optische Transparenz für den thermoplastischen Film, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, liegt zwischen ungefähr 20% und 80%. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der thermoplastische Film zumindest eine ungefähr 80% optische Transparenz auf und die Dicke des Metallcoatings ist so, dass eine optische Transparenz von mehr als ungefähr 20% beibehalten wird, so dass die Diffraktionsmuster durch transmittiertes Licht produziert werden können. Dies korrespondiert mit einer Dicke des Metallcoatings mit ungefähr 20 nm. Jedoch kann in anderen Ausführungsformen der Erfindung die Golddicke zwischen ungefähr 1 nm und 1 000 liegen.
  • Das bevorzugte Metall für die Abscheidung auf dem Film ist Gold. Jedoch können Silber, Aluminium, Kupfer, Eisen, Zirkonium, Platin und Nickel, wie auch andere Metalle, verwendet werden. Bevorzugte Metalle sind solche, die keine Oxide ausbilden und daher in der Ausbildung von mehr kalkulierbaren selbst organisierenden Monoschichten assistieren.
  • Prinzipiell kann jegliche Oberfläche mit Riffeln einer geeigneten Größe als Druckvorlage verwendet werden. Das Verfahren des Mikrokontaktdruckens startet mit einer geeigneten Reliefstruktur, von welcher ein elastomerischer Stempel gegossen wird. Dieses „Druckvorlagen"-Templat kann durch Fotolithografie erzeugt werden oder durch andere Verfahren, wie z. B. kommerziell verfügbare Diffraktions-Gitter. In einer Ausführungsform kann der Stempel aus Polydimethylsiloxan bestehen.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die selbst organisierende Monoschicht die folgende allgemeine Formel: X-R-Y.
  • X ist reaktiv mit Metall oder Metalloxid. Beispielsweise kann X ein asymmetrisches oder symmetrisches Disulfid (-R'SSR, -SSR), Sulfid (-R'SR, -SR), Diselenid (-R'SeSeR), Selenid (-R'SeR, -SeR), Thiol (-SH), Nitril (-CN), Isonitril, Nitro (-NO2), Selenol (-SeH), trivalente Phosphorverbindungen, Isothiocyanat, Xanthat, Thiocabamat, Phosphin, Thioacid oder Dithioacid, Carboxylsäuren, Hydroxylsäuren und Hydroxaminsäuren darstellen.
  • R und R' sind Kohlenwasserstoffketten, welche optional von Hetereoatomen unterbrochen sein können und welche vorzugsweise nicht verzweigt sind aus Gründen einer optimal dichten Packung. Bei Raumtemperatur ist R mehr als oder genau gleich sieben Kohlenstoffatome lang, um die natürlich zufällige Anordnung der selbst organisierenden Monoschicht zu beseitigen. Bei kälteren Temperaturen kann R kürzer sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist R-(CH2)n-, wobei n zwischen 10 und 12, beide eingeschlossen sind. Die Kohlenstoffkette kann optional perfluoriniert sein.
  • Y kann jegliche Oberflächeneigenschaft von Interesse haben. Beispielsweise kann Y irgendeine unter der Vielzahl von Gruppen sein, die für Immobilisierung in den flüssigkeitschromatografischen Techniken verwendet werden, beispielsweise Hydroxyl-, Carboxyl-, Amino-, Aldehyd-, Hydrazid-, Carbonyl-, Epoxy- oder Vinylgruppen. Beispiele von Materialien für Sensorschichten sind in "Patterning Self-Assembled Monolayers Using Microcontakt Printing: A New Technolgy for Biosensors?", von Milan Mrksich und George M. Whitesides, veröffentlicht in TIBTECH, Juni 1995 (Vol. 13), pp. 228–235 dargestellt.
  • Selbst organisierende Monoschichten von Alkylphosphon-, Hydroxam- und Carbonsäuren können auch geeignet für die Verfahren und die optischen Sensoren der vorliegende Erfindung sein. Da Alkanthiole nicht auf die Oberflächen von vielen Metalloxiden adsorbieren, können Carboxylsäuren, Phosphonsäuren und Hydroxamsäuren für X für diese Metalloxide bevorzugt sein. Siehe J. P. Folkers, G. M. Whitesides, et al., Langmuir, 1995, Vol. 11, pp. 813–824.
  • R kann auch die Form (CH2)a-Z-(CH2)b einnehmen, wobei a ≥ 0, b ≥ 7 und Z jede chemisch funktionelle Gruppe von Interesse, wie z. B. Sulfone, Harnstoff, Lactam etc. darstellt.
  • Der Stempel kann an Luft oder unter einer Flüssigkeit angewandt werden, beispielsweise in Wasser, um die übermäßige Diffusion des Alkanthiols zu verhindern. Für Druckprozesse im Großformat oder kontinuierliche Druckprozesse ist es höchst wünschenswert, an Luft zu drucken, da kürzere Kontaktzeiten für diese Prozesse wünschenswert sind.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Muster auf dem mit Metall versehenen thermoplastischen Polymer mit der selbst organisierenden Monoschicht ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das Relief des Musters mit der selbst organisierenden Monoschicht ausgebildet. Nach dem Stempelprozess werden die mit Metall versehenen Flächen auf dem Plastik optional passiviert, beispielsweise mit einer selbst organisierenden Monoschicht, welche ein endständiges Methyl aufweist, wie z. B. Hexadecylmercaptan.
  • Diese Erfindung und Eigenschaften ihrer Ausführungsformen werden weiter durch die folgenden Beispiele illustriert, welche nicht so ausgelegt werden sollen, dass sie in irgendeiner Art und Weise limitierend auf den Umfang der Erfindung wirken. Im Gegenteil, es sollte sich klar verstehen, dass Hinweise auf verschiedene andere Ausführungsformen, Modifikationen und Äquivalente davon auftreten, welche nach dem Lesen der vorliegenden Beschreibung sich den Fachleuten auf dem Gebiet selbst nahelegen, und welche nicht vom Umfang der vorliegenden Erfindung, wie in den beigefügten Patentansprüchen definiert, abweichen.
  • Beispiel 1 Drucken von goldgecoatetem MYLAR® (Polyethylenterephthalat) mit Mustern von 16-Mercaptohexadecan-Säure und Hexadecanthiol
  • Muster von goldgecoatetem MYLAR® (Polyethylenterephthalat) wurden mit Mustern von 16-Mercaptohexadecan-Säure und Hexadecanthiol, wie in 1 gezeigt und unten beschrieben, gedruckt.
  • MYLAR®-Film modifiziert mit einem abgeschiedenem Plasmagold-Topcoating wurde von Courtaulds Performance Films erhalten (21034 Osborne Street, Canoga Park, CA 91304). Ein AFM-Bild (atomic force micoscopy) dieses MYLAR-Films ist in 2 gezeigt. Polymerfilmdicken zwischen 2 und 7 Mil und Gold-Topcoatings, die einen Oberflächenwiderstand von 65 Ohm pro m2 erzeugten, mit einem Transmissionsgrad im sichtbaren Licht zwischen 20% und 65%, wurden eingesetzt.
  • Muster von hydrophilen Alkanthiolen mit endständiger Carboxylgruppe wurden auf Gold gecoatete Filme gestempelt unter Verwendung von 16-Mercaptohexadecan-Säure im folgendenden Verfahren. Ein exponiertes und entwickeltes Fotoleitmuster von 10 Mikrometer Durchmesser großen Kreisen auf einem Siliziumwafer, wurde als Druckvorlage verwendet. Polydimethylsiloxan (PDMS; Silikonelastomer 184; Dow Corning Co., Midland MI) wurde auf einer Druckvorlage polymerisiert, um einen Stempel mit 10 Mikronmeter großen Kreisen in Entfernung von fünf Mikrometern zu erzeugen. Der Stempel wurde mit Tinte versehen per Exposition gegen eine Lösung (1 bis 10 mM in Ethanol) von 16-Mercaptohexadecan-Säure und an Luft getrocknet. Das Substrat wurde mit dem Stempel für 50 Sekunden in Kontakt gebracht und für 2 bis 4 Sekunden mit einer Lösung aus Hexadecanthiol (1 bis 10 mM in Ethanol) gewaschen. Das Substrat wurde letztendlich für 10 Sekunden in Ethanol gewaschen und in einem Stickstoffstrom getrocknet. Die Ergebnisse dieses Druckens sind in den 3 und 4 für die 10 Mikrometer Durchmesser großen Kreise der selbst organisierenden Monoschicht mit der endständigen Carboxylgruppe dargestellt.
  • Diese Kreise aus hydrophiler selbst organisierender Monoschicht erlauben die selektive Platzierung von Flüssigkeiten mit hoher Oberflächenspannung, wie z. B. Wasser, Triethylenglycol, oder Urethanacryl-Klebern, die in ultraviolettem Licht aushärtbar sind. Diese Flüssigkeiten können darin aufgelöste und suspendierte Reagenzien enthalten, die chemisch oder physikalisch mit Targetanalyten reagieren, auf die abgezielt wird; dabei entsteht ein gecoateter Plastikfilm einer Kollektion von 10 Mikrometer großen Mikroreaktoren, die als preisgünstige, wegwerfbare chemische Sensoren geeignet sind. Ein Beispiel einer solchen Einheit ist in den 5a, 6 und in den 7a und 7b gezeigt.
  • Die Diffraktion von sichtbarem Licht wurde für diese optischen Sensoren gezeigt, Sowohl reflektierte als auch transmittierte Diffrationsmuster wurden beobachtet, wobei eine Beleuchtung mit einem 5 mW, 670 nm Laser verwendet wurde. 5b ist eine Fotografie des Diffraktionsmusters, ausgebildet durch sichtbares Licht, das durch das Muster der selbst organisierenden Monoschicht von 5a gezeigt wird. Regenbogenartige Diffraktionsfarben wurden mit transmittiertem weißen Licht beobachtet.
  • Beispiel 2 Drucken von aluminiumgecoatetem MYLAR® mit Mustern aus 16-Carboxy-Hexadecan-Säure und Hexadecancarboxylat
  • Die Vorgehensweise von Beispiel 1 wurde für 2,54 mm (100 Gauge) Aluminium-gecoatetes MYLAR® mit 35% Transmissionsgrad für sichtbares Licht befolgt, wobei die 1,16-Dicarbonsäure von Hexadecan und 1-Hexadecan-Carbonsäure die hydrophilen bzw. hydrophoben Thiole von Beispiel 1 ersetzten. Diffraktion von sichtbarem Licht trat auf. Sowohl reflexive wie transmittierte Diffraktionsmuster wurden beobachtet, wenn Laserbeleuchtung unter Verwendung eines 5 mW, 570 nM-Lasers verwendet wurde. Regenbogenartige Diffraktionsfarben wurden mit transmittiertem weißen Licht beobachtet.
  • Beispiel 3 Vergleich von Gold-gecoatetem MYLAR® mit Gold-gecoateten Siliziumwafern
  • Goldfilme (100 Angström bis 1 Mikrometer) wurden durch Elektronenstrahl-Bedampfen auf Siliziumwafern abgeschieden, die mit Titan grundiert worden waren (5 bis 50 Angström), um das Haften zwischen Silikon und Gold zu katalysieren. Das Stempeln auf sowohl Gold-gecoatetem Film, wie auch Gold-gecoateten Siliziumwafern wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt.
  • Messung von Kontaktwinkeln
  • Kontaktwinkel wurden auf einem Rame-Hart Modell 100 Goniometer bei Raumtemperatur und Umgebungs-Luftfeuchtigkeit gemessen. Das Wasser für die Kontaktwinkel wurde deionisiert und in einem Glas und einem Teflonapparat destilliert. Zunehmende und abnehmende Kontaktwinkel wurden auf beiden Seiten von zumindest drei Tropfen von jeder Flüssigkeit pro Slide gemessen; die Daten in den Figuren repräsentieren den Durchschnitt dieser Messungen. Das folgende Verfahren wurde verwendet, um die Kontaktwinkel zu messen: ein Tropfen von ungefähr 1 bis 2 Mikrolitern an Volumen wurde am Ende einer Pipettenspitze erzeugt (Mikro-Electrapette-Spritze; Matrix Technologies; Lowell, MA). Die Spitze wurde dann langsam an die Oberfläche gebracht, bis der Tropfen in Kontakt mit der Oberfläche kam. Der Tropfen wurde durch langsames Vergrößern des Volumens des Tropfens aufgebaut (Geschwindigkeit ungefähr 1 Mikroliter/Sekunde). Zunehmende Kontaktwinkel von Wasser wurden sofort, nachdem die Front des Tropfens sich leicht über eine kurze Distanz über die Oberfläche bewegt hatte, gemessen. Abfallende Winkel wurden gemessen, nachdem der Tropfen sich leicht von der Oberfläche zurückgezogen hatte, wobei das Volumen des Tropfens kleiner geworden war.
  • Röntgenfotoelektronen-Spektroskopie (XPS)
  • Röntgenfotoelektronenspektren wurden auf einem Surface Science SSX-100 Spektrometer unter Verwendung einer monochromatisierten A1 K-Alpha-Quelle (hν = 1486.6 Elektronvolt) aufgenommen. Die Spektren wurden unter Verwendung einer Ausschnittsgröße von 600 Mikrometern aufgezeichnet und einer Durchtrittsenergie auf dem Detektor von 50 Elektronenvolt. (Die Aufnahmezeit für einen Scan war ungefähr 1,5 Minuten.) Für die Monoschichten wurden Spektren für Kohlenstoff und Sauerstoff unter Verwendung des 1 s Peaks bei 285 bzw. 530 Elektronenvolt aufgenommen; die Bindungsenergien für die Elemente in der Monoschicht wurden in Bezug zu dem Peak von Kohlenwasserstoff in der C 1 s-Region gesetzt, für welchen wir die Bindungsenergie zu 284,6 eV fixierten. Spektren für die feste Hydroxamsäure wurden unter Verwendung einer Elektronenstrahlpistole von 4,5 eV aufgenommen, um die Ladung in der Probe abzuführen. Die folgenden Signale wurden für die Substrate verwendet: Al 2 p bei 73 eV für Al(0) und bei 75 eV für Al(III). Die Bindungsenergien für die Substrate wurden nicht auf die Referenzproben standardisiert. Alle Spektren wurden unter Verwendung einer 80% Gauss/20% Lorentz-Kurvenform gefittet und einer Shirley-Hintergrundsubtraktion. Siehe J. P. Folkers, G. M. Whitesands, et al., Langmuir, Vol. 11, Nr. 3, pp. 813–824 (1995).
  • Kondensationsfiguren
  • Kondensationsfiguren (CFs) sind Arrays von flüssigen Tropfen, die sich nach Kondensation der Gasphase auf einer festen Oberfläche ausbilden. Die Untersuchung von Kondensationsfiguren wurde historisch als ein Verfahren verwendet, um den Grad der Kontamination der ansonsten homogenen Oberfläche zu charakterisieren. Man ist in der Lage, ein Muster von Arrays von kondensierten Tropfen durch die Musterung der Oberflä che, die unter ihnen liegt, in Regionen von verschiedenen freien Grenzflächenenergien Festphase zu Gasphase einzuteilen und die gemusterten CFs durch mikroskopische Fotografie und optische Diffraktion zu charakterisieren. Man kann zeigen, dass geeignete gemusterte CFs als optische Diffraktionsgitter verwendet werden können und dass die Untersuchung der Diffraktionsmuster sowohl ein schnelles, nicht zerstörendes Verfahren zum Charakterisieren Muster-bildender selbst organisierender Monoschichten als auch ein Ansatz zum sensitiven Erfassen der Umwelt ist. Da die Form der CFs – d. h. die Größe, Dichte und Verteilung der Tropfen – sensitiv auf Umweltfaktoren ist, können CFs von geeigneter Größe und geeignetem Lichtbeugungsmuster als Sensoren verwendet werden. Dieses Prinzip wird durch Korrelation der Temperatur eines Substrates gemustert in hydrophobe und hydrophile Regionen, in einer Atmosphäre von konstant relativer Luftfeuchtigkeit mit der Intensität von Licht gebeugt von CFs in diesen Regionen demonstriert.
  • Geeignete Muster werden von selbst organisierenden Monoschichten (selbst organisierenden Monoschichten) auf Gold ausgebildet unter Verwendung von Kombinationen von Hexadecanthiol [CH3((CH2)15SH], 16-Mercaptohexadecan-Säure [HS(CH)15COOH] und 11-Mercaptoundecanol [HS(CH)11OH]. Einige Techniken sind nun verfügbar zum Herstellen von Mustern von zwei oder mehreren selbst organisierenden Monoschichten, welche 0,1 bis 10 μm Dimensionen aufweisen.
  • Bei 20°C erzeugt ein einfallender Lichtstrahl eines Lasers (Helium-Neon-Laser, Wellenlänge = 632,8 nm) einen einzelnen transmittierenden Lichtfleck, da kein Wasser auf der Oberfläche kondensiert war und der Transmissionsgrad der Region, bedeckt mit verschiedenen selbst organisierenden Monoschichten effektiv ununterscheidbar war. Wenn die Oberfläche einer warmen, feuchten Luft ausgesetzt war, kondensierten Wassertropfen vorzugsweise auf den hydrophilen Regionen. Diffraktionsmuster erschienen in dem durch die Oberfläche transmittierten Licht. Unter diesen Bedingungen wurde Licht kohärent in den Regionen, wo kein Wasser kondensiert worden war, transmittiert und wurde in den Regionen gestreut, wo kein Wasser kondensiert worden war. Die Kondensationsfiguren verschwanden innerhalb weniger Sekunden, wenn die Wassertropfen, welche aus den selbst organisierenden Monoschichten kondensiert waren, verdampft sind.
  • Die Fähigkeit Kondensationsfiguren auszubilden, kann den relativen Kontaktwinkeln von Wasser auf den hydrophoben und hydrophilen selbst organisierenden Monoschichten zugeschrieben werden. Um ungemusterte Monoschichten des geeigneten Thiols wurden durch Immersion des Substrates in einer verdünnten Lösung für eine Stunde hergestellt, gefolgt von Waschen mit Ethanol und Trocknen an Luft. Tabelle 1 Vergleich von Gold-gecoatetem MYLAR® mit Gold-gecoateten Siliziumwafern, Reaktionen von ω-funktionalisierten Alkanthiolen
    Figure 00160001
    • *
    Gold-gecoatetes MYLAR-Substrat
    **
    Silizium-Oxid-Substrat
    ND
    heißt nicht detektiert, d. h. weniger als 0,2 Atom-%.
  • Kondensationsfiguren [Science, Vol. 263, 60 (1994)] mit äquivalenter optischer Diffraktion können auf Au:MYLAR® ausgebildet werden, relativ zum bekannten Stand mit Gold Au:SiOx. Die Chemie der Alkanthiole, die mit Au:MYLAR reagieren, ist ähnlich zu derjenigen, die in der Literatur für Au:SiOx beschrieben wird.
  • Beispiel 4
  • Vergleich von Aluminium AlOx-gecoatetem MYLAR® mit Al/AlOx-gecoateten Siliziumwafern; Reaktion der Hydroxamsäure CH3-(CH2)16CONH(OH)
  • Unter Verwendung der Prozeduren von Beispiel 2 wurden ungemusterte Monoschichten der geeigneten Hydroxamsäure durch Immersion des Substrates in einer verdünnten Lösung für eine Stunde, gefolgt von Spülen mit Ethanol und Luft-Trocknen hergestellt. Die Resultate sind in Tabelle II, unten dargestellt.
  • Tabelle II Vergleich von Aluminium AlOx-gecoatetem MYLAR® mit Al/AlOx-gecoateten Siliziumwafern; Reaktion der Hydroxamsäure CH3-(CH2)16CONH(OH)
    Figure 00170001
  • Kondensationsfiguren [entsprechend des Verfahrens von Science Vol. 263, Seite 60 (1994)] mit äquivalenter optischer Diffraktion können per Kontaktdrucken ausbildet werden.
  • Aluminium-gecoatetes MYLAR® von optischer Qualität zeigt ähnliche Eigenschaften, wie Aluminium-gecoatetes Silizium bei Katalysieren des Kontaktdruckens von selbst organisierenden Monoschichten.
  • Beispiel 5
  • Selbst organisierende fotoaushärtbare Polymere auf hydrophylen selbst organisierenden Monoschichten
  • 6 ist ein Bild einer Feldemissions-sekundär-elektronenmikroskopischen Aufnahme von selbst organisierenden fotoaushärtbaren Polymeren mit 10 Mikrometer Durchmesser auf hydrophilen selbst organisierenden Monoschichten.

Claims (31)

  1. Ein optischer Sensor, umfassend einen Film mit zumindest einer musterbildenden selbstorganisierenden Monoschicht darauf, umfassend: einen Polymerfilm gecoated mit Metall; und eine selbstorganisierende Monoschicht (SAM, self-assembling monolayer), gedruckt auf einem Polymerfilm, der mit Metall gecoated ist, wobei die selbstorganisierende Monoschicht in einem ersten, nicht beugenden Muster gedruckt ist, so dass, wenn ein Analyt an die SAM bindet, der Film transmittiertes Licht beugt, um ein zweites Muster auszubilden, wobei das zweite Muster ein Diffraktionsmuster ist; und wo des weiteren der Polymerfilm, der mit Metall gecoated ist, optisch transparent ist.
  2. Der optische Sensor von Anspruch 1, worin das Metall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Gold, Silber, Nickel, Platin, Aluminium, Eisen, Kupfer oder Zirkon.
  3. Der optische Sensor von Anspruch 1, worin das Metall Gold ist.
  4. Der optische Sensor von Anspruch 3, worin das Gold-coating zwischen 1 Nanometer und 1000 Nanometer dick ist.
  5. Der optische Sensor von Anspruch 1, worin der Polymerfilm Polyethylen-Terephthalat, Acrylnitril, Butadien-Styrol, Acrylonitril-Methylacrylat-Copolymer, Zellophan, Zellulosepolymere, wie z. B. Ethylzellulose, Zelluloseacetat, Zelluloseacetatbutyrat, Zellulosepropionat, Zellulosetriacetat, Polyethylen, Polyethylen-Vinylazetat-Copolymere, Ionomere (Ethylenepolymere), Polyethylen-Nylon-Copolymere, Polypropylen, Methylpentenepolymere, Polyvinylfluorid oder aromatische Polysulfonsäuren darstellt.
  6. Der optische Sensor von Anspruch 5, worin der Polymerfilm Polyethylen-Terephthalat ist.
  7. Der optische Sensor von Anspruch 1, worin der Polymerfilm ein thermoplastischer Film ist.
  8. Der optische Sensor von Anspruch 7, worin der thermoplastische Film mit dem Metall-Coating darauf einen optischen Transmissionsgrad zwischen 5% und 95% aufweist.
  9. Der optische Sensor von Anspruch 7, worin der thermoplastische Film mit dem Metall-Coating darauf einen optischen Transmissionsgrad zwischen 20% und 80% aufweist.
  10. Der optische Sensor von Anspruch 1, worin die selbstorganisierende Monoschicht ausgebildet ist aus Verbindungen mit der folgenden allgemeinen Formel: X-R-Y, worin X reaktiv mit dem Metall oder dem Metalloxid auf dem Polymerfilm ist; R eine Kohlenwasserstoffkette ist, welche optional von Heteroatomen unterbrochen sein kann, und welche optional perfluoriniert sein kann, und welche vorzugsweise nicht-verzweigt ist; oder R eine Verbindung der Form (CH2)a-Z-(CH2)b ist, wobei a ≥ 0, b ≥ 7 und Z jede chemische funktionelle Gruppe von Interesse ist; und Y eine Verbindung mit irgendeiner Eigenschaft von Interesse ist.
  11. Der optische Sensor von Anspruch 10, worin X ein asymmetrisches oder symmetrisches Disulfid (-R'SSR, -RSSR), Sulfid (-R'SR, -RSR), Diselenid (-RSeSeR), Selenid (-R'SeR, RSeR), Thiol (-SH), Nitril (-CN), Isonitril, Nitro (-NO2), Senenol (-SeH), trivalente Phosphorverbindungen, Isothicyanat, Xanthat, Thiocarbamat, Phosphine, eine Thiocarbonsäure oder eine Dithiocarbonsäure, Carbonsäuren, Hydroxylsäuren oder Hydroxamsäuren darstellt; und R und R' in der Definition von X Kohlenwasserstoffketten sind, die optional von Heteroatomen unterbrochen sein können, und welche optional perfluoriniert sein können, und welche vorzugsweise nicht verzweigt sind; und Y ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hydroxyl-, Carboxyl-, Amino-, Aldehyd-, Hydrazid-, Carbonyl-, Epoxy- oder Vinylgruppen ist.
  12. Der optische Sensor von Anspruch 10, worin R eine Kette von mehr als 7 Kohlenstoffatomen Länge aufweist.
  13. Der optische Sensor von Anspruch 10, worin R eine Verbindung der Form (CH2)a-Z-CH2)b ist, worin a ≥ 0, b ≥ 7 und Z jegliche chemische funktionelle Gruppe von Interesse ist.
  14. Der optische Sensor von Anspruch 13, worin Z ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Sulfonen, Lactamen und Harnstoff.
  15. Der optische Sensor von Anspruch 1, worin zwei oder mehr selbstorganisierende Monoschichten mit verschiedenen chemischen Eigenschaften vorliegen.
  16. Der optische Sensor von Anspruch 1, worin eine erste selbstorganisierende Monoschicht hydrophob ist und eine zweite selbstorganisierende Monoschicht hydrophil ist.
  17. Ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Sensors, umfassend einen Film mit zumindest einer musterbildenden selbstorganisierenden Monoschicht darauf, umfassend das Stempeln von zumindest einem Muster von selbstorganisierenden Monoschichten auf einen Polymerfilm gecoated mit Metall; worin die selbstorganisierende Monoschicht (SAM) in einem ersten nicht-beugendes Muster gestempelt wird, so dass, wenn die SAM einen Analyten bildet, der Film transmittiertes Licht beugt, um ein zweites Muster auszubilden, wobei das zweite Muster ein Diffraktionsmuster ist; und worin darüber hinaus der Polymerfilm, der mit Metall gecoated ist, optisch transparent ist.
  18. Das Verfahren von Anspruch 17, worin das Metall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Gold, Silber, Nickel, Platin, Aluminium, Eisen, Kupfer oder Zirkon.
  19. Das Verfahren von Anspruch 17, worin das Metall Gold ist.
  20. Das Verfahren von Anspruch 19, worin das Gold-Coating zwischen 1 Nanometer und 1000 Nanometer dick ist.
  21. Das Verfahren von Anspruch 17, worin der Polymerfilm Polyethylen-Terephthalat, Acrylonitril, Butadien-Styrol, Acrylonitril-Methylacrylatp-Copolymer, Zellophan, Zellulosepolymere, wie z. B. Ethylzellulose, Zelluloseacetat, Zelluloseacetatbutyrat, Zellulosepropionat, Zellulosetriacetat, Polyethylen, Polyethylen-Vinylacetat-Copolymere, Ionomere (Ethylenepolymere), Polyethylen-Nylon-Copolymere, Polypropylen, Methylpentenepolymere, Polyvinylfluorid oder aromatische Polysulfonsäuren darstellt.
  22. Das Verfahren von Anspruch 21, worin der Polymerfilm Polyethylen-Terephthalat ist.
  23. Das Verfahren von Anspruch 17, worin der thermoplastische Film mit dem Metall-Coating darauf einen optischen Transmissionsgrad zwischen 5% und 95% aufweist.
  24. Das Verfahren von Anspruch 17, worin der thermoplastische Film mit dem Metall-Coating darauf einen optischen Transmissionsgrad zwischen 20% und 80% aufweist.
  25. Das Verfahren von Anspruch 17, worin die selbstorganisierende Monoschicht ausgebildet ist aus Verbindungen mit der folgenden allgemeinen Formel: X-R-Y, worin X reaktiv mit dem Metall oder dem Metalloxyd auf dem Polymerfilm ist; R eine Kohlenwasserstoffkette ist, welche optional von Heteroatomen unterbrochen sein kann, und welche optional perfluoriniert sein kann, und welche vorzugsweise nicht-verzweigt ist; oder R eine Verbindung der Form (CH2)a-Z-(CH2)b ist, wobei a ≥ 0, b ≥ 7 und Z jede chemische funktionelle Gruppe von Interesse ist; und Y eine Verbindung mit irgendeiner Eigenschaft von Interesse ist.
  26. Das Verfahren von Anspruch 25, worin X ein asymmetrisches Disulfid (-R'SSR, -RSSR), Sulfid (-R'SR, -RSR), Diselenid (-RSeSeR), Selenid (-R'SeR, RSeR), Thiol (-SH), Nitril (-CN), Isonitril, Nitro (-NO2), Senenol (-SeH), trivalente Phosphorverbindungen, Isothicyanat, Xanthat, Thiocarbamat, Phosphine, Thiocarbonsäure oder Dithiocarvbonsäure, Carbonsäuren, Hydroxylsäuren oder Hydroxamsäuren darstellt; und R und R' in der Definition von X Kohlenwasserstoffketten sind, die optional von Heteroatomen unterbrochen sein können, und welche optional perfluoriniert sein können, und welche vorzugsweise nicht verzweigt sind; und Y, ausgebildet aus der Gruppe bestehend aus Hydroxyl-, Carboxyl-, Amino-, Aldehyd-, Hydrazid-, Carbonyl-, Epoxy- oder Vinylgruppen ist.
  27. Das Verfahren von Anspruch 25, worin R eine Kette von mehr als 7 Kohlenstoffatomlängen darstellt.
  28. Das Verfahren von Anspruch 25, worin R eine Verbindung der Form (CH2)a-Z-CH2)b ist, worin a ≥ 0, b ≥ 7 und Z jegliche chemische funktionelle Gruppe von Interesse ist.
  29. Das Verfahren von Anspruch 28, worin Z ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Sulfonen, Lactamen und Harnstoff.
  30. Das Verfahren von Anspruch 17, worin zwei oder mehr selbstorganisierende Monoschichten mit verschiedenen chemischen Eigenschaften vorliegen.
  31. Das Verfahren von Anspruch 17, worin eine erste selbstorganisierende Monoschicht hydrophob und eine zweite selbstorganisierende Monoschicht hydrophil ist.
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