DEPOSIZIONE FILM SOTTILI

Introduzione alle tecniche di deposizione di film sottili



INTRODUZIONE

Technobiochip vanta una pluriennale esperienza nel campo della modifica superficiale con le tecniche di deposizione di film sottili Langmuir-Blodgett (LB) e Langmuir-Shaeffer (LS).
Tali tecniche, permettono la deposizione di film organici di spessore molecolare caratterizzati da un alto ordine superficiale. L’ordine superficiale, riveste una grande importanza nel campo della sensoristica sia chimica che biomolecolare, poichè l’orientamento preferenziale dei “siti attivi” delle molecole depositate sui sensori, porta ad un miglioramento in termini di risposta in seguito all’interazione analita-sensore.
Le molecole depositate con tale tecnica, sono generalmente di natura anfifilica, ossia formate da una porzione idrofilica,che una volta spruzzata sulla superficie acquosa della vasca si dispone sulla fase acquosa, ed una idrofobica che entra in contatto con la fase gassosa (Fig. 1). Esempi di molecole anfifiliche sono le metallo-porfirine, le metallo-ftalocianine, diversi polimeri, e diverse molecole biologiche.


Figura 1: esempio di una molecola anfifilica (metallo-porfirina).


LA STRUMENTAZIONE

Lo strumento da noi utilizzato è il KSV 5000, formato da due vasche in teflon termostatate e da due bilance su cui si sistemano due piastre di Wilhelmy (Fig. 1).



LE TECNICHE

A) DEPOSIZIONE PER LANGMUIR-BLODGETT (LB)
La tecnica di deposizione di film sottili mediante Langmuir-Blodgett consiste nel depositare sulla superficie acquosa (solitamente rappresentata da acqua ultrapura a conducibilità 12.8 M?/cm) di una vasca del KSV 5000, un certo volume di un composto organico anfifilico di cui è nota la concentrazione ed il peso molecolare in soluzione (Fig. 1A). Dopo l’evaporazione del solvente, si comprime la superficie acquosa con le cosiddette barriere (Fig. 1B), fino al raggiungimento dell’ordine superficiale (Fig. 1C); una volta raggiunto l’ordine superficiale, mediante l’immersione e l’emersione del substrato sospeso sul film acquoso, è possibile depositare sul substrato gli strati ordinati molecolarmente (Fig. 1D).

Figura 1: schema della tecnica Langmuir-Blodgett


Con il KSV 5000, grazie alla doppia vasca, e alle doppie bilance, è possibile effettuare delle deposizioni ordinate alternate, e quindi ottenere dei film aventi strutture diverse (Fig. 2).

Figura 2: diversi tipi di deposizioni possibili con metodo Langmuir-Blodgett

B) DEPOSIZIONE PER LANGMUIR-SHAEFFER (LS)
Anche in questo caso, come per la tecnica LB, si deposita sulla superficie acquosa di una vasca del KSV 5000 (solitamente rappresentata da acqua ultrapura a conducibilità 12.8 M?/cm), un volume di un composto organico anfifilico di cui è nota la concentrazione ed il peso molecolare in soluzione (Fig. 3A). Dopo l’evaporazione del solvente, si comprime la superficie acquosa con delle barriere (Fig. 3B), fino al raggiungimento dell’ordine superficiale (Fig. 3C), che una volta raggiunto, consente di depositare gli strati ordinati molecolari sul substrato (Fig. 3D).


Figura 3: schema della tecnica Langmuir-Shaeffer

Come tecnica, risulta più veloce della tecnica LB, però presenta delle limitazioni, la più importante è che consente di effettuare solo un tipo di deposizione (Fig. 4).

Figura 4: tipo di deposizione possibile con metodo Langmuir-Shaeffer

Ai fini di una deposizione superficialmente omogenea, riveste una grande importanza la cosiddetta isoterma di compressione della sostanza da depositare (Fig. 5). Infatti dall’isoterma si ricava la pressione superficiale target alla quale depositare gli strati di molecola anfifilica.

Figura 5: esempio di isoterma di compressione

Dall’isoterma di compressione è possibile seguire l’andamento dell’impaccamento del monostrato. Infatti, come si può vedere dalla figura 5, andando da destra verso sinistra, all’inizio il grafico procede parallelamente all’asse dell’ascissa, senza incremento della pressione superficiale (indice di un disordine molecolare superficiale che ricorda la fase gassosa) (A). Man mano che le barriere vanno a compattare la superficie, si nota un piccolo incremento della pressione superficiale (B), fino a quando per spostamenti piccolissimi delle barriere, si ha un forte incremento dovuto proprio al raggiungimento dell’ordine molecolare sulla superficie acquosa (C).
Il passaggio successivo all’isoterma di compressione è quello dell’isoterma di deposizione (Fig. 6), che consente la deposizione di un numero noto di strati di molecole, mediante immersione ed emersione del substrato a pressione target costante (Fig. 6A ), e ad una velocità controllata e dipendente dalla percentuale di trasferimento molecolare determinata in tempo reale (Fig. 6B ).

Figura 6: esempio di isoterma di deposizione a pressione target costante