Un polímero de tiol-eno fuera de estequiometría es una plataforma polimérica que comprende tiol-enos fuera de estequiometría ( OSTE ) y tiol-eno-epoxis fuera de estequiometría ( OSTE+ ).
Los polímeros OSTE comprenden mezclas de tioles y alilos fuera de la estequiometría. Después de la polimerización completa, generalmente mediante micromoldeo por UV, los artículos de polímero contienen una cantidad bien definida de grupos tioles o alilos sin reaccionar tanto en la superficie como en la masa. Estos anclajes de superficie se pueden utilizar para la posterior modificación o unión directa de la superficie. [1]
En versiones posteriores, se añadieron monómeros de epoxi para formar sistemas monómeros ternarios de tiol-eno-epoxi (OSTE+), donde el epoxi en un segundo paso reacciona con el exceso de tioles creando un artículo polimérico final que es completamente inerte. [2] Algunas de las características críticas de los polímeros OSTE+ incluyen la fabricación sencilla y rápida de estructuras complejas en laboratorios de química estándar, propiedades superficiales nativas hidrófilas y unión covalente a través de la química epoxi latente. [3]
Las resinas poliméricas OSTE fueron desarrolladas originalmente por Tommy Haraldsson y Fredrik Carlborg en el grupo de Micro y Nanosistemas [4] en el Instituto Real de Tecnología (KTH) para cerrar la brecha entre la creación de prototipos de investigación y la producción comercial de dispositivos de microfluidos . [1] Las resinas fueron posteriormente adaptadas y mejoradas para aplicaciones comerciales por la empresa emergente sueca Mercene Labs AB bajo el nombre de OSTEMER.
Las resinas OSTE se curan mediante una reacción rápida de "clic" de tiol-eno entre tioles y alilos. Los tioles y alilos reaccionan de forma perfectamente alternada y tienen una tasa de conversión muy alta (hasta el 99 %), [5] la estequiometría inicial de los monómeros definirá exactamente el número de grupos no reaccionados que quedan después de la polimerización. Con la elección correcta de monómeros se pueden lograr relaciones de estequiometría muy altas manteniendo buenas propiedades mecánicas. [1]
Los tioles-eno-epoxis fuera de estequiometría, o polímeros OSTE+, se crean en un proceso de curado de dos pasos donde una primera reacción rápida de tiol-eno define la forma geométrica del polímero mientras que deja un exceso de tioles y todo el epoxi sin reaccionar. En un segundo paso todos los grupos tioles restantes y los grupos epoxi reaccionan para formar un polímero inerte. [6]
Las principales ventajas presentadas de los polímeros OSTE curados con UV en microsistemas han sido su i) capacidad de unión en seco al hacer reaccionar un polímero con exceso de tiol a un segundo polímero con exceso de alilo a temperatura ambiente usando solo luz UV, ii) su número bien definido y ajustable de anclajes de superficie (tioles o alilos) presentes en la superficie que se pueden usar para la modificación directa de la superficie [7] y iii) su amplio rango de ajuste de propiedades mecánicas desde gomosas hasta termoplásticas dependiendo solo de la elección de fuera de la estequiometría. [8] [1] La temperatura de transición vítrea varía típicamente desde por debajo de la temperatura ambiente para altas relaciones fuera de la estequiometría hasta 75 °C para una mezcla estequiométrica de tetratiol y trialilo. [9] Son típicamente transparentes en el rango visible. Una desventaja que se presenta con los polímeros OSTE es la lixiviación de monómeros no reaccionados en proporciones muy altas fuera de la estequiométrica, lo que puede afectar a las células y proteínas en laboratorios en chips, [1] aunque se ha observado viabilidad celular para cultivos celulares en OSTE fuera de la estequiométrica baja. [10]
Los polímeros OSTE+, o tiol-eno-epoxis de curado dual, se diferencian de los polímeros OSTE en que tienen dos pasos de curado separados. Después del primer paso iniciado por UV, el polímero es gomoso y se puede deformar fácilmente [11] y tiene anclajes superficiales disponibles para la modificación de la superficie. [12] Durante el segundo paso, cuando todos los tioles y epoxis reaccionan, el polímero se endurece y puede unirse a una amplia cantidad de sustratos, incluido él mismo, a través de la química epoxi. Las ventajas presentadas para OSTE+ son i) su capacidad única para la integración y la unión a través de la química epoxi latente y las bajas tensiones incorporadas en los polímeros de tiol-enos [13] ii) su inercia completa después del curado final iii) sus buenas propiedades de barrera [14] y la posibilidad de aumentar la escala de fabricación utilizando moldeo por inyección de reacción industrial. [15] Se han demostrado versiones tanto rígidas como gomosas de los polímeros OSTE+, mostrando su potencial en microsistemas para valvulería y bombeo similares a los componentes PDMS, pero con el beneficio de soportar presiones más altas. [11] Se ha demostrado que la versión comercial del polímero OSTE+, OSTEMER 322, es compatible con muchas líneas celulares. [16]
Las resinas OSTE se pueden moldear y curar en moldes de silicona estructurados [1] o revestir con fotorresistencia permanente. [17] Los polímeros OSTE también han demostrado una excelente capacidad de fotoestructuración [18] utilizando fotomáscaras, lo que permite, por ejemplo, bombas capilares potentes y flexibles. [19]
Las resinas OSTE+ primero se curan con UV de la misma manera que los polímeros OSTE, pero luego se curan térmicamente para endurecerse y adherirse a un sustrato.
OSTE+ permite la microestructuración de litografía suave, una fuerte unión en seco biocompatible a casi cualquier sustrato durante la fabricación de Lab-on-a-chip (LoC), mientras que imita simultáneamente las propiedades mecánicas encontradas en polímeros termoplásticos, permitiendo así la creación de prototipos reales de LoC comerciales. [20] Los materiales comúnmente utilizados para microfluídica sufren de pasos difíciles de manejar y procesos de unión a menudo ineficaces, especialmente cuando se envasan superficies biofuncionalizadas, lo que hace que el ensamblaje de LoC sea difícil y costoso [21] [22] El polímero OSTE+ que se une eficazmente a nueve tipos diferentes de sustratos, no requiere tratamiento de superficie antes de la unión a temperatura ambiente, presenta una alta Tg y logra una buena resistencia de unión a al menos 100 °C. [20] Además, se ha demostrado que se pueden obtener excelentes resultados utilizando fotolitografía en polímero OSTE, lo que abre aplicaciones potenciales más amplias. [23]
Los biosensores se utilizan para una variedad de mediciones biológicas. [24] [25]
El empaquetado OSTE para biodetección se ha demostrado para QCM, [26] y sensores de resonador de anillo fotónico. [27]
La unión adhesiva de obleas se ha convertido en una tecnología establecida en las aplicaciones de integración y empaquetado de sistemas microelectromecánicos (MEMS). [28] OSTE es adecuado para la integración a nivel de obleas de silicio heterogéneas dependiendo de su aplicación en procesos de baja temperatura debido a su capacidad de curar incluso a temperatura ambiente. [29]
La impresión de matrices con micropocillos hidrófilos en micropocillos hidrófobos es posible gracias a un innovador enfoque de replicación de la energía superficial mediante una formulación de polímero de tiol-eno hidrófobo. En este polímero, los monómeros que contienen la fracción hidrófoba se autoensamblan en la superficie hidrófoba del sello de impresión, lo que da como resultado una superficie de réplica hidrófoba después de la polimerización. Después de retirar el sello, se obtienen micropocillos con paredes hidrófobas y un fondo hidrófilo. Este procedimiento rápido y económico se puede utilizar en la tecnología de matrices de micropocillos digitales para aplicaciones de diagnóstico. [30] [31]
La resina OSTE también se puede utilizar como resina resistente a rayos e, dando como resultado nanoestructuras que permiten la funcionalización directa de proteínas. [32]
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