CN101143705A - 微米和亚微米针阵列的制备方法 - Google Patents

微米和亚微米针阵列的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微米和亚微米针阵列的制备方法，该方法采用自组装技术结合填充、切片和可控腐蚀技术，即首先利用自组装技术组装微米/亚微米纤维；然后填充聚合物，经过切片和可控腐蚀制备微米/亚微米针阵列。本发明具有低成本、无需复杂设备与技术、可大批量快速生产、针阵列面积大、针表面光滑、直径和长度及锥度可调等优点，可在探测、传感、光学、生物医药等领域获得广泛应用。

Description

微米和亚微米针阵列的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米和微米微结构材料的制备方法，特别是一种微米和亚微米针阵列的制备方法。
背景技术
微米和亚微米针阵列的制备是一项具有重要应用背景的技术。在光学领域，微米/亚微米针阵列可作为近场光学探针，获取近场光学信息；在生物医药领域，微米针阵列主要应用于皮下无疼给药、皮下无疼组织液提取等，克服了口服给药对胃肠道的刺激、肌肉注射不能持续给药、外敷由于角质层的阻挡难以达到所需剂量等难题。由于当前的微米针阵列制备主要依赖于微加工技术，如反应离子束刻蚀、光刻等，因而制备成本极高。而且，为了预防感染、玷污等，微米针阵列通常都是一次性使用的。因此，这极大地限制了其应用领域和范围。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低的微米和亚微米针阵列的制法。
技术方案：本发明所述的微米和亚微米针阵列的制备方法，包括以下步骤：
1、通过自组装技术组装微米、亚微米纤维，获得排列规整的纤维束；
2、将上述纤维束通过物理或化学方法填充体积比为0.1～0.6的聚合物形成纤维和聚合物复合结构；
3、将上述纤维和聚合物复合结构根据不同需要切成1mm～1cm的薄片；
4、将上述切片放入浓度为0.01～40％的HF酸腐蚀溶液中，或放入浓度为0.01～80％的KOH腐蚀溶液中，在10～90℃温度下，腐蚀10秒～72小时，形成针状阵列结构。
步骤(1)中所说的微米和亚微米纤维为硅，或玻璃，或陶瓷，或石英等纤维材料。
步骤(2)中所说的填充聚合物材料为聚甲基丙烯酸甲酯，或聚苯乙烯，或天然合成树脂等高分子材料，所说的物理或化学方法为反应聚合填充方法、加热融化填充方法和溶液填充方法。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下突出优点：
1、极大地降低了微米和亚微米针阵列的制备成本。
2、不需微加工等昂贵复杂技术和设备。
3、可通过调节聚合物填充体积百分比和腐蚀参数方便调控微米和亚微米针阵列的针间间距、针尖长度、针尖锥度等参数。
4、工艺简单，对场地环境无特别要求。
5、操作简单，制备周期短。
附图说明
图1是制备过程的示意图。其中(a)纤维自组装；(b)组装机理示意图；(c)聚合物填充和切片；(d)和(e)腐蚀过程和机理示意图；(f)获得针阵列。
图2是制备的微米针阵列的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明所述的微米和亚微米针阵列的制备方法，包括自组装和聚合物填充工艺的设计与确定；腐蚀的工艺与参数的确定。
实施例1：将直径8微米量级的SiO2纤维通过自组装技术获得SiO2纤维束；然后将其放入加入BPO的MMA(聚甲基丙烯酸甲酯)溶液中，置于水浴锅中于60℃热处理24h使聚合物固化，SiO2纤维束与聚合物固化物的体积比为0.1；然后切成厚度为1mm的薄片，用40％HF酸溶液30℃恒温下腐蚀5min，去离子水超声清洗，干燥后即可得到纳米针阵列。
实施例2：将直径8微米的SiO2纤维通过自组装技术获得SiO2纤维束；然后将其放入加入六亚甲基亚胺基锂的苯乙烯溶液中，置于水浴锅中于60℃热处理24h使聚合物固化；SiO2纤维束与聚合物固化物的体积比为0.3；然后切成厚度为3mm的薄片；30℃恒温下用20％HF酸溶液腐蚀30min，去离子水超声清洗，干燥后即可得到纳米针阵列；
实施例3：将直径8微米的SiO2纤维通过自组装技术获得SiO2纤维束；然后将其浸入120℃的熔融树脂中，填充完毕后冷却切片，SiO2纤维束与聚合物固化物的体积比为0.6；切片厚度为1cm；40℃恒温下用40％HF酸溶液腐蚀10min，去离子水超声清洗，干燥后即可得到纳米针阵列，见图2。
实施例4：将直径125微米量级的SiO2纤维通过自组装技术获得SiO2纤维束；然后将其放入加入BPO的MMA(聚甲基丙烯酸甲酯)溶液中，置于水浴锅中于60℃热处理24h使聚合物固化，SiO2纤维束与聚合物固化物的体积比为0.5；然后切成厚度为1cm的薄片，用40％HF酸溶液40℃恒温下腐蚀120min，去离子水超声清洗，干燥后即可得到微米针阵列。
实施例5：将直径8微米的硅纤维束浸入120℃的熔融树脂中，填充完毕后冷却切片，硅纤维束与聚合物固化物的体积比为0.3；切片厚度为3mm；用50％KOH溶液80℃腐蚀30min，去离子水超声清洗，干燥后即可得到纳米针阵列。
实施例6：基本步骤同于实施例1，所不同的是微米和亚微米纤维选用玻璃(也可以选用陶瓷、或石英等纤维材料)。
实施例7：基本步骤同于实施例1，所不同的是腐蚀溶液HF酸的浓度为0.01％，腐蚀温度为20℃，腐蚀时间为72小时。
实施例8：基本步骤同于实施例1，所不同的是腐蚀溶液HF酸的浓度为0.1％，腐蚀温度为40℃，腐蚀时间为30小时。
实施例9：基本步骤同于实施例1，所不同的是腐蚀溶液HF酸的浓度为5％，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间为4小时。
实施例10：基本步骤同于实施例1，所不同的是腐蚀溶液HF酸的浓度为20％，腐蚀温度为50℃，腐蚀时间为3小时。
实施例11：基本步骤同于实施例1，所不同的是腐蚀溶液HF酸的浓度为40％，腐蚀温度为20℃，腐蚀时间为30min。

Claims (4)

1.一种微米和亚微米针阵列的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)通过自组装技术组装微米、亚微米纤维，获得排列规整的纤维束；
(2)将上述纤维束通过物理或化学方法填充到聚合物形成纤维和聚合物复合结构，其中纤维束与复合结构的体积比为0.1～0.6；
(3)将上述纤维和聚合物复合结构切成1mm～1cm的薄片；
(4)将上述切片放入浓度为0.01～40％的HF酸腐蚀溶液中，或放入浓度为0.01～80％的KOH腐蚀溶液中，在10～90℃温度下，腐蚀10秒～72小时，形成针状阵列结构。
2.根据权利要求1所述的微米和亚微米针阵列的制备方法，其特征在于在步骤(1)中，所说的微米和亚微米纤维为硅，或玻璃，或陶瓷，或石英纤维材料。
3.根据权利要求1所述的微米和亚微米针阵列的制备方法，其特征在于在步骤(2)中，所说的填充聚合物材料为聚甲基丙烯酸甲酯，或聚苯乙烯，或天然合成树脂高分子材料。
4.根据权利要求1所述的微米和亚微米针阵列的制备方法，其特征在于在步骤(2)中，所说的物理或化学方法为反应聚合填充方法、加热融化填充方法和溶液填充方法。
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