در اين اختراع، برس‌هاي پليمري به روش پيوند زدن زنجيرهاي پليمري بر روي سطح زيرلايه تهيه شده اند. برس‌هاي پليمري پوشش پليمري بسيار نازك متشكل از زنجيرهاي پليمري هستند كه از يك انتهاي زنجير به روي سطح معمولاً جامد پيوند خورده‌اند. در چگالي پيوندخوردگي بالا زماني كه فاصله بين نقاط پيوند كوچك است، دافعه فضايي منجر به كشيدگي زنجير و ايجاد ساختار برس‌گونه زنجيرهاي پيوند‌خورده مي‌شود. برس‌هاي پليمري از طريق دو استراتژي كلي\\"پيوندزني به\\" و\\"پيوندزني از\\" تهيه مي‌شوند. در روش \\"پيوندزني به\\" زنجيرهاي پليمري از قبل تهيه شده به دو روش جذب فيزيكي يا شيميايي به سطح متصل مي‌گردند. در جذب فيزيكي عليرغم آسان بودن روش، زنجيرهاي پيوندخورده به سطح در شرايط خاص دما و حلال احتمال ناپايداري دارند و از سطح جدا مي‌شوند يا مي‌توانند با ساير جذب‌شونده‌ها جايگزين گردند. در جذب شيميايي واكنش بين زنجيرهاي پليمري عامل‌دار شده با گروه‌هاي عاملي مكمل حاضر بر روي سطح زيرلايه اتفاق مي‌افتد. اين روش مي‌تواند از مذاب يا محلول پليمري انجام شود و مي‌توان به چگالي بالاتري نسبت به جذب فيزيكي دست يافت. در روش \\"پيوندزني از\\" پليمريزاسيون مستقيماً از سطح عامل‌دار شده با شروع‌كننده، آغاز مي‌شود. از معايب اين روش محدوديت پوشش سطح با شروع‌كننده، بازده شروع‌كننده، نرخ نفوذ مونومرها به نواحي فعال پليمريزاسيون و اثر واكنش‌هاي جانبي بوده و مي‌تواند منجر به عدم كنترل واكنش پيوندزني، توزيع وزن‌مولكولي پهن و در نتيجه ناهمگني سطح و ارتفاع برس حاصله گردد. اصلاح سطوح با پليمريزاسيون پيوندزدگي منجر به توليد موادي با خواص بهبود يافته براي تحقيقات زيست دارويي/زيست پزشكي، مطالعات رسوب‌دهي سلولي، تهيه سطوح پاسخ‌دهنده به محرك‌هاي محيطي و استفاده در بسته‌بندي صنايع غذايي مي‌گردد. با توجه به ضرورت عدم حضور ناخالصي در تجهيزات زيستي دستيابي به روش‌هاي سنتز همسو با اين مسئله، اهميت دارد.بنابراين از ميان روش‌هاي ذكر شده استفاده از استراتژي \\"پيوندزني به\\" به طريق شيميايي مناسب مي‌باشد. دماي واكنش پيوندزني، وزن‌مولكولي پليمر استفاده شده، غلظت محلول و زمان واكنش از پارامترهاي موثر در چگالي برس‎هاي حاصله مي‌باشد. در اين اختراع نمونه‌ها در شرايط دمايي نقطه ابري شدن پليمر به جهت بيشينه بازده واكنش پيوندزني و درغلظت‌هاي متفاوت تهيه شدند. ضخامت نمونه‌هاي سنتزشده از 6 تا 9 نانومتر بوده وبررسي‌هاي انجام شده پايداري نمونه‌هاي سنتز شده در طول زمان را كه مشخصه لازم براي كاربرد عملي برس‌ها است، ثابت نمود.

در اين اختراع، تك بلورهاي هموپليمرهايي با قابليت تبلور و كوپليمرهاي قطعه اي كه حداقل داراي يك قطعه ي بلورين مي باشند ساخته شده اند. كوپليمرهاي قطعه اي مورد نياز به عنوان ماده ي اوليه براي رشد تك بلورها با يكي از روش هاي پليمريزاسيون زنده (يوني يا راديكالي) به صورت كاملاً كنترل شده و با وزن هاي مولكولي دقيق و از پيش تعيين شده سنتز مي شوند؛ از جمله ي اين روش ها مي توان به پليمريزاسيون يوني زنده و پليمريزاسيون راديكالي انتقال اتم اشاره نمود. به منظور بدست آوردن تك بلورهايي با سطح يكنواخت و همگن، توزيع وزن مولكولي هموپليمرهاي مورد استفاده قرار گرفته و همچنين كوپليمرهاي قطعه اي سنتز شده بايد بسيار باريك بوده و شاخص بس پاشيدگي (PDI) در محدوده ي زير 2/1 قرار داشته باشد. به عنوان مثال در مورد نمونه هاي پلي اتيلن گليكول-پلي استايرن سنتز شده از روش پليمريزاسيون راديكالي انتقال اتم در سامانه هاي پليمريزاسيون كارهاي آزمايشگاهي ما، شاخص بس پاشيدگي در محدوده ي 15/1-12/1 قرار داشته است. تك¬بلورهاي قطعه¬ي بلورين كوپليمرهاي قطعه¬اي پس از رشد يافتن در يك محلول بسيار رقيق در شرايط تتا با استفاده از روش هسته¬گذاري خودبخود، تشكيل ساختار بلورين لايه¬اي را مي¬دهند؛ اين لايه توسط دو لا¬يه¬ از زنجيرهاي قطعات بي¬شكل و بلوريني كه به داخل ساختار بلورين راه داده نشده¬اند احاطه مي¬شود. غلظت تمام نمونه¬هاي پليمري اعم ازكوپليمرهاي دو قطعه¬اي و هموپليمرها در محيط محلولي بسيار رقيق در محدوده¬ي 01/0-002/0 درصد وزني قرار دارد. روش هسته¬گذاري خودبخود شامل چهار مرحله¬ي دمايي مي¬باشد كه به ترتيب عبارتند از: انحلال، تبلور اوليه¬، هسته¬گذاري و تبلور ثانويه. اندازه¬ي جانبي تك¬بلورها توسط دماي هسته¬گذاري خودبخود و ضخامت آن-ها با تنظيم دماي تبلور قابل تغيير و تنظيم مي¬باشد. ضخامت تك¬بلورهاي ساخته شده در محدوده¬ي 2 تا 35 نانومتر قرار داشت؛ همچنين اندازه¬ي جانبي آن¬ها در محدوده¬ي زير 15 ميكرون قرار داشت كه بيشترين تأثيرپذيري را از دماهاي هسته¬گذاري و وزن مولكولي قطعه¬ي بلورين داشته است. با انتقال چند قطره از محلول حاوي تك¬بلورهاي يك هموپليمر به داخل سل لوله¬اي كه حاوي كوپليمرهاي قطعه¬اي حل شده در حلال مربوطه مي¬باشد مي¬توان به ساختارهاي همبافته از تك¬بلورها نيز رسيد؛ به اين ترتيب كه ادامه¬ي رشد از قرار گرفتن زنجيرهاي هموپليمري به زنجيرهاي كوپليمري منتقل مي¬شود. عكس اين روش نيز براي ساخت ساختارهاي تك¬بلور همبافته امكان¬پذير مي¬باشد. ساختارهاي تك¬بلور همبافته¬ي تشكيل يافته از دو يا سه نوع كوپليمر نيز به شرط سازگاري ترموديناميكي امكان¬پذير مي¬باشد. دماي هسته¬گذاري بهينه را مي¬توان با انجام آزمايش¬هايي بدست آورد. به عنوان مثال با انجام آزمايشاتي دماي بهينه در مورد ساخت تك¬بلورهاي كوپليمرهاي دو قطعه¬اي پلي¬اتيلن¬گليكول-پلي¬استايرن برابر با ℃5/41 بدست آمد. اندازه¬ي جانبي و ضخامت تك¬بلورها با استفاده از ميكروسكوپ نيرويي اتمي و مورفولوژي آن¬ها توسط ميكروسكوپ الكتروني عبوري مورد بررسي قرار گرفت. از جمله كاربردهاي تك¬بلورهاي رشد¬يافته از كوپليمرهاي دو قطعه¬اي بلورين-¬بي¬شكل مي¬توان به اصلاح سطح و مقاوم¬سازي آن در برابر دما و PH ، رهش دارو، تهيه¬ي نانو¬سيم¬ها و نانو¬عايق¬ها اشاره نمود.

در اين اختراع، برس هاي پليمري با رشد دادن تك بلورهاي پليمري با روش هسته گذاري خودبخود در يك محيط محلولي بسيار رقيق ساخته شده اند. به عنوان نمونه تك بلورهاي رشد يافته از كوپليمرهاي دو قطعه اي پلي اتيلن گليكول-پلي استايرن با وزن هاي مولكولي مختلف در حلال تتا كه تركيبي از كلرو بنزن و نرمال اوكتان بود در شكل 1 نشان داده شده است. سه روش عمده براي توليد زنجيرهاي پليمري پيوندخورده وجود دارد كه عبارتند از: \\tجذب سطحي فيزيكي \\tاتصال شيميايي \\tفصل مشترك كوپليمرهاي دو قطعه اي از معايب روش جذب سطحي فيزيكي در ساخت برس هاي پليمري مي توان به عدم امكان استفاده از لايه هايي با چگالي پيوندخوردگي كاهش يافته ي بالا و همچنين امكان جدايش اتصالات اشاره نمود. روش اتصال شيميايي شامل واكنش شيميايي بين زنجير پليمري پيوندي و سطح زيرلايه بوده و به دو دسته ي عمده طبقه بندي مي شود: \\tروش «پيوند به » \\tروش «پيوند از » در روش «پيوند به» در وزن هاي مولكولي بالاتر، ممانعت فضايي زنجيرهاي پيوندخورده از پيوندخوردگي بيشتر زنجيرهاي افزوده شده مانع مي شود؛ اين كار از طريق محدود كردن گروه انتهايي فعال از نفوذ كردن به زيرلايه صورت مي پذيرد. در روش «پيوند از» به دليل افزايش مقدار ماده در داخل لايه در طول پليمريزاسيون، كنترل وزن مولكولي با زمان واكنش كاهش مي يابد كه اين موضوع حتي مي تواند سينتيك واكنش را تحت تأثير قرار دهد. هر دوي اين موارد مي توانند منجر به توزيع وزن مولكولي پهن شوند و در نتيجه محاسبه ي چگالي پيوند خوردگي كمتر قابل اعتماد خواهد بود. جديد ترين روش براي توليد زنجيرهاي پليمري پيوندي، روش منحصر بفرد استفاده از كوپليمرهاي قطعه اي مي باشد. تشكيل تك بلورهاي لايه اي رشد يافته در محلول از كوپليمرهاي قطعه اي بلورين- بي شكل منجر به پيوندخوردگي قطعه ي بي شكل بر روي سطح بلور مي شود. ترموديناميك تبلور مانع از وارد شدن زنجيرهاي بي شكل به داخل شبكه شده و اتصالات بين قطعه ها به عنوان نقاط پيوندخوردگي در هر دو سطح بالايي و پاييني تك بلور عمل كرده و نتيجه تشكيل يك ساختار ساندويچي مي باشد. با پايدار بودن دماي تبلور و همچنين با وزن مولكولي كنترل شده ي قطعه هاي سنتز شده مي توان كنترل بهتري بر روي ضخامت داشت. تمامي اين مشخصه ها اثبات مي كنند كه روش استفاده از رشد تك بلورها براي ساخت برس هاي پليمري مزاياي قابل توجه تري براي مطالعه ي فيزيك زنجيرهاي پيوند شده نسبت به روش هاي ديگر بحث شده دارد. در انتخاب نوع پليمر مورد استفاده براي اين روش محدوديت وجود داشته و تنها كوپليمرهايي كه داراي حداقل يك قطعه ي بلورين هستند مي توانند به اين منظور بكار گرفته شوند. كوپليمرهاي دو يا سه قطعه اي مورد نياز براي ساخت برس هاي پليمري در اين اختراع با استفاده از روش هاي پليمريزاسيون زنده نظير يوني و راديكالي كنترل شده سنتز شده و در يك محيط محلولي بسيار رقيق با استفاده از حلال هاي خوب، تتا و ضعيف با روش هسته گذاري خودبخود در محدوده ي غلظت 01/0-002/0 درصد وزني نمونه به حلال قرار داده شدند و با اعمال چهار مرحله ي دمايي كه شامل مراحل انحلال، تبلور اوليه، هسته گذاري و تبلور ثانويه مي باشد با ايجاد ساختار لايه اي بلورين، تك بلورها تشكيل شدند؛ تك بلورهايي كه از تاخوردن زنجيرهاي قطعات بلورين كوپليمرهاي قطعه اي ساخته مي شوند در حقيقت داراي ساختار ساندويچي سه لايه مي باشند. به عبارتي به هنگام وارد شدن زنجيرهاي داراي قابليت تبلور به درون ساختار بلورين، زنجيرهاي بي شكل كه اجازه ي ورود به چنين ساختاري را ندارند بيرون از ساختار باقي مانده و در سطوح بالايي و پاييني تشكيل برس هاي پليمري را مي دهند. دانسيته ي پيوندخوردگي چنين برس هايي كه از رشد تك بلورهاي مربوطه ساخته مي شوند به نوع قطعه ي بلورين، ضخامت زيرلايه ي تشكيل يافته، دماي هسته گذاري خودبخود (تا حدودي تأثير جزئي دارد)، دماي تبلور ثانويه، نوع حلال مورد استفاده قرار گرفته، وزن مولكولي قطعه يا قطعات بي شكل، نسبت وزن مولكولي قطعه ي بلورين به قطعه ي بي شكل و نوع برهم كنش بين زنجيرهاي برس با سطح زير لايه ي بلورين بستگي دارد. به منظور ساخت برس هايي همگن، توزيع وزن مولكولي كوپليمرهاي قطعه اي سنتز شده بايد بسيار باريك بوده و شاخص بس پاشيدگي (PDI) در محدوده ي زير 2/1 قرار داشته باشد. به عنوان مثال در مورد نمونه هاي پلي اتيلن گليكول -پلي استايرن سنتز شده از روش پليمريزاسيون راديكالي انتقال اتم در سامانه هاي پليمريزاسيون كارهاي آزمايشگاهي ما، شاخص بس پاشيدگي در محدوده ي 15/1-12/1 قرار داشته است. اندازه ي جانبي تك بلورها توسط دماي هسته گذاري خودبخود و ضخامت آن ها با تنظيم دماي تبلور قابل تغيير و تنظيم مي باشد. ضخامت تك بلورهاي ساخته شده در محدوده ي 2 تا 35 نانومتر و اندازه ي جانبي آن ها در محدوده ي زير 15 ميكرون قرار داشت. از جمله كاربردهاي برس هاي پليمري ساخته شده از رشد تك بلورهاي كوپليمرهاي قطعه اي بلورين- بي شكل مي توان به اصلاح سطح و مقاوم سازي آن در برابر دما و PH و رهش دارو با برس هاي هوشمند اشاره نمود.

برس‌هاي پليمري پوشش‌هاي متشكل از زنجيرهاي پليمري پيوندخورده از يك انتها بر روي سطح و با ضخامت كمتر از 100 نانومتر هستند كه امكان ايجاد سطوح با گروه‌هاي عاملي مورد نظر، بدون تغيير در خواص توده‌اي سطح يا شكل ظاهري آنرا فراهم مي‌كنند. خواص سطوح به نوع و طول پليمر مورد استفاده و چگالي پيوندخوردگي بستگي دارد. در اين پروژه ابتدا برس‌هاي پلي(متيل‌متاكريلات) با استفاده از استراتژي \\"پيوندزني‌از \\" بر روي سطح ويفر سيليكوني سنتز شدند. براي اين كار از روش پليمريزاسيون راديكالي انتقال اتم استفاده شد. براي تاييد سنتز برس‌هاي پليمري روي سطح ويفر سيليكوني، نمونه‌هاي تهيه شده توسط آزمون‌هاي زاويه‌ي تماس ، طيف‌بيني مادون قرمز به روش بازتاب تضعيف شده و ميكروسكوپ ‌نيروي اتمي بررسي شدند. نتايج حاصل از آزمون‌هاي زاويه‌ي تماس و ميكروسكوپ ‌نيروي اتمي نشان داد كه برس‌هاي پليمري همگن روي سطح تشكيل شده است. برس‌هاي پلي(متيل‌متاكريلات) با همان استراتژي \\"پيوندزني‌از\\" روي سطح غشا پلي(وينيليدن فلورايد) نيز رشد داده شدند. براي اين كار نيز از پليمريزاسيون راديكالي انتقال اتم استفاده شد. براي تاييد سنتز برس‌هاي پليمري روي سطح غشا پلي(وينيليدن فلورايد)، نمونه‌هاي تهيه شده توسط آزمون‌هاي زاويه‌ي تماس، طيف‌بيني مادون قرمز به روش بازتاب تضعيف شده، ميكروسكوپ نيروي اتمي و تجزيه‌ي گرماوزن‌سنجي بررسي شدند.

ميكروذرات PDMS به دليل مجموعه‌اي از خواص منحصر بفرد PDMS از جمله دماي انتقال شيشه‌اي پايين (K˚ 146)، شفافيت نوري، پايداري حرارتي، مقاومت شيميايي بالا، زيست سازگاري، نفوذپذيري گازي بالا، آبگريزي شديد و قابليت تغيير فرم الاستيكي بالا، پتانسيل كاربردهاي متعددي را داراست . اما به دليل خواص سطحي PDMS براي تهيه امولسيون يكنواخت و كنترل شده آن به خصوص براي پيش مواد با ويسكوزيته بالا، هنوز روشي مناسب ارائه نشده است. در اين اختراع با طراحي دستگاه ميكروسيالي كاپيلاري ساده و كم‌هزينه ميكروذرات يكنواخت PDMS تهيه گرديد. در مرحله بعد به دليل شفافيت نوري و نيز آبگريزي PDMS، از آن براي كپسوله‌سازي نقاط كوانتومي پروسكايتي هيبريدي آلي-غيرآلي با ساختار شيميايي CH3NH3PbX3(x=I,Br,Cl) حساس به نور UV استفاده گرديد. نقاط كوانتومي پروسكايتي ذكر شده كه در معرض نور UV از خود رنگ سبز نشر مي‌دهد به شدت در برابر عوامل محيطي به خصوص رطوبت و آب تخريب‌پذير است. بعد از تهيه نقاط كوانتومي و تهيه اختلاط آن با PDMS، ميكروذرات PDMS حاوي نقاط كوانتومي پروسكايتي با استفاده از دستگاه ميكروسيالي تهيه شد. ميكروذرات حاصل مقاوم در برابر عوامل محيطي، حساس به UV بوده و مي‌توان با توزيع آن در يك حلال مناب از آن به عنوان نشتي‌ياب تجهيزات حامل سيالات استفاده كرد.