CN101200550B - 仿生微纳结构表面的模板制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明的仿生微纳结构表面的模板制备方法，是首先用聚甲基丙烯酸甲酯(简称PMMA)丙酮溶液(15～30％)仿制生物体表面制备负向模板；再利用聚二甲基硅氧烷(简称PDMS)制备PDMS(固化剂∶PDMS＝1∶10～1∶18)预聚体，根据PMMA负向模板用PDMS预聚体仿制PDMS的正结构。模板材料聚二甲基硅氧烷是一种无色透明、无毒无味的弹性高分子聚合物，具有优良的弹性、化学稳定性、耐热耐寒性、耐腐蚀性和自清洁等材料特征。制备方法解决了PDMS模具间脱模困难的问题，并且制备工艺简单，成本低，制备的微纳结构产品的精度高，负向模板可反复使用，适合规模化生产。

Description

仿生微纳结构表面的模板制备方法

技术领域

本发明涉及一种利用天然生物体表面为模板，以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基材的仿生微纳结构表面的模板制备方法，属于材料科学领域。

背景技术

随着材料制备技术的不断发展，利用天然生物表面为模板制备微纳结构表面材料备受研究者关注。同人工合成材料相比，天然生物的表面结构呈现出一些自然的具有某些特殊功能的微纳分级结构构造，这些微纳表面结构是生物通过长期遗传进化而优化发展过来的。自然界在长达5亿年的进化过程中通过无数次淘汰筛选得到的微纳结构是自然留给人类的精华。通过仿生设计新的功能材料已被证明是一种非常重要的手段，而且受到国际上越来越多的研究者的重视；通过仿生可以大大缩短防污微纳结构的设计周期，提高设计成功率；通过仿生研究，对不同的材料进行表面改性，将可能制备和开发具有特殊功能的表面材料(如自清洁、防止海洋生物附着功能等)，更有利于加深对表面现象的认识，扩展材料应用范围及提高材料性能有着重要的理论意义和应用价值。

PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)是一种无色透明的弹性高分子聚合物，具有很强的亲有机性能和疏水性能，同时具有优良的弹性、化学稳定性、耐热耐寒性和耐腐蚀性，无可燃性，无毒无污染，使用安全方便。作为研究海洋防污的微加工技术的基底材料，它显示了非常理想的材料特征：价格便宜、加工制作简单、弹性等机械性能可控、良好的生物兼容性、良好的电绝缘性、对紫外光的良好通透性能以及适宜大规模生产等。但是，PDMS之间存在脱模困难的问题，尽管有文献报道，提出用熏蒸硅油或是三甲基氯硅烷等抗粘连方法，但是也存在操作难度大、重复性不好，仿制精度有限等不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺流程简单，仿制精度高，重复性好，制作费用低，易于实施和规模化生产的仿生微纳结构表面的模板制备方法。

本发明所述的仿生微纳结构表面的模板制备的工艺方法如下：

1.制作聚甲基丙烯酸甲酯负向模板结构，简称PMMA负向模板结构

1.1挑选要仿制的生物体表面，将其浸入丙酮溶剂中超声清洗5min，再浸入纯水中超声清洗5min，取出后晾干待用；

1.2将PMMA放入丙酮溶剂中，配制成15～30％的PMMA丙酮溶液；

1.3将配制好的丙酮溶液均匀的浇注于生物体表面，形成厚度为1～4mm的薄膜，在15℃～25℃温度下静置10～16小时，当丙酮几乎全部挥发后，小心地将浇注形成的PMMA膜和生物体表面分离；

1.4将取下的PMMA膜放入≤50℃烘箱中加热时间为10～20min使其固化。

2.利用PMMA负向模板制作聚二甲基硅氧烷正结构，简称PDMS正结构

2.1配制PDMS预聚体：按照固化剂∶PDMS＝1∶10～1∶18的比例混合均匀，静置一段时间排除预聚体中溶入的空气；

2.2将配制好的PDMS预聚体均匀的浇注于PMMA负向模板上，形成厚度为1～4mm的薄膜，在15℃～25℃温度下静置24小时，使预聚体完全浸入PMMA负向模板中的微结构中；

2.3将静置好的预聚体和模板放入≤80℃的烘箱中加热时间为10～20min使其进一步固化；

2.4取出冷却至室温，将PDMS正结构和PMMA负向模板分离，以原结构为标准在显微镜下检查结构，拍摄扫描电镜照片进行对比。

本发明所述的仿生微纳结构表面的模板制备方法，是利用PMMA和PDMS二次复制的方法来仿制生物体表面微纳结构。

本发明与现有技术相比较具有以下特点：

1.模板材料聚二甲基硅氧烷是一种无色透明的弹性高分子聚合物，具有很强的亲有机性能和疏水性能，同时又具有优良的弹性、化学稳定性、耐热耐寒性和耐腐蚀性；作为研究海洋防污的微加工技术的基底材料，它显示了非常理想的材料特征：无可燃性，无毒无污染，自清洁和防止海洋生物附着等，使用安全方便；

2.模板材料价格便宜、配料工艺方法简单；

3.制备方法简单，成本低；解决了PDMS模具间脱模困难的问题；

4.制备的微纳结构产品的精度高，重现性好；机械性能可控，并且具有良好的生物兼容性和良好的电绝缘性，对紫外光的良好通透性能；

5.负向模板可反复使用，适合大规模生产。

具体实施方式

实施例1.仿制马面鲀鱼鱼皮表面的微纳结构

1.制作PMMA负向模板结构

1.1挑选表面无损伤的新鲜马面鲀鱼皮，将其浸入丙酮溶剂中超声清洗5min，再浸入纯水中超声清洗5min，取出后晾干待用；

1.2称取10g的PMMA置入56g的丙酮溶剂中，配制成15％的PMMA丙酮溶液；

1.3将配制好的丙酮溶液均匀的浇注于鱼皮表面，形成厚度为2mm的薄膜，在15℃～25℃温度下静置10小时，当丙酮几乎全部挥发后，小心地将浇注形成的膜和鱼皮表面分离；

1.4将取下的PMMA膜放入50℃烘箱中加热时间为10min使其固化；

2.利用PMMA负向模板制作PDMS正结构

2.1配制PDMS预聚体：按照固化剂∶PDMS＝1∶13的比例混合均匀，静置一段时间排除预聚体中溶入的空气；

2.2将配制好的PDMS预聚体均匀的浇注于PMMA负向模板上，形成厚度为2mm的薄膜，在15℃～25℃温度下静置24小时，使预聚体完全浸入模板的微结构中；

2.3将静置好的预聚体和模板放入80℃的烘箱中加热时间为10min使其固化；

2.4取出冷却至室温，将PDMS正结构和PMMA负向模板分离，在显微镜下检查结构，拍摄扫描电镜照片并和鱼皮结构对比。

实施例2.仿制蝉翼表面微纳结构

1.制作PMMA负向模板结构

1.1挑选表面无损伤蝉翼，将其浸入丙酮溶剂中超声清洗5min，再浸入纯水中超声清洗5min，取出后晾干待用；

1.2称取10g的PMMA置入40g的丙酮溶剂中，配制成20％的PMMA丙酮溶液；

1.3将配制好的丙酮溶液均匀的浇注于蝉翼表面，形成厚度为3mm的薄膜，在15℃～25℃温度下静置14小时，当丙酮几乎全部挥发后，小心地将浇注形成的膜和蝉翼表面分离；

1.4将取下的PMMA膜放入45℃烘箱中加热时间为15min使其固化；

2.利用PMMA负向模板制作PDMS正结构

2.1配制PDMS预聚体：按照固化剂∶PDMS＝1∶15的比例混合均匀，静置一段时间排除预聚体中溶入的空气；

2.2将配制好的PDMS预聚体均匀的浇注于PMMA负向模板上，形成厚度为3mm的薄膜，在15℃～25℃温度下静置24小时，使预聚体完全浸入模板的微结构中；

2.3将静置好的预聚体和模板放入80℃的烘箱中加热时间为15min使其固化；

2.4取出冷却至室温，将PDMS正结构和PMMA负向模板分离，在显微镜下检查结构，拍摄扫描电镜照片并和蝉翼表面结构对比。

实施例3.仿制荷花叶子表面微纳结构

1.制作PMMA负向模板结构

1.1挑选新鲜荷叶一片，将其浸入丙酮溶剂中超声清洗5min，再浸入纯水中超声清洗5min，取出后晾干待用；

1.2称取10g的PMMA置入23g的丙酮溶剂中，配制成30％的PMMA丙酮溶液；

1.3将配制好的丙酮溶液均匀的浇注于荷叶表面，形成厚度为4mm的薄膜，在15℃～25℃温度下静置16小时，当丙酮几乎全部挥发后，小心地将浇注形成的膜和荷叶表面分离；

1.4将取下的PMMA膜放入50℃烘箱中加热时间为10min使其固化；

2.利用PMMA负向模板制作PDMS正结构

2.1配制PDMS预聚体：按照固化剂∶PDMS＝1∶18的比例混合均匀，静置一段时间排除预聚体中溶入的空气；

2.2将配制好的PDMS预聚体均匀的浇注于PMMA负向模板上，形成厚度为4mm的薄膜，在15℃～25℃温度下静置24小时，使预聚体完全浸入模板的微结构中；

2.3将静置好的预聚体和模板放入75℃的烘箱中加热时间为20min使其固化；

2.4取出冷却至室温，将PDMS正结构和PMMA负向模板分离，在显微镜下检查结构，拍摄扫描电镜照片并和荷叶表面结构对比。

Claims (1)

1.一种仿生微纳结构表面的模板制备方法，其特征在于：

1)制作聚甲基丙烯酸甲酯负向模板结构，简称PMMA负向模板

1.1将要仿制的微纳结构浸入丙酮溶剂中超声清洗5min，再浸入纯水中超声清洗5min后晾干待用；

1.2将PMMA放入丙酮溶剂中，配制成15～30％的PMMA的丙酮溶液；

1.3将丙酮溶液均匀的浇注于微纳结构表面，形成厚度为1～4mm的薄膜，在15℃～25℃温度下静置10～16小时，将形成的膜和微纳结构表面分离；

1.4将取下的PMMA膜放入≤50℃烘箱中加热时间为10min～20min使其固化；

2)利用PMMA负向模板制作聚二甲基硅氧烷正结构，简称PDMS正结构

2.1配制PDMS预聚体：按照固化剂：PDMS＝1∶10～1∶18的比例混合均匀，静置一段时间排除预聚体中溶入的空气；

2.2将PDMS预聚体均匀的浇注于PMMA负向模板上，形成厚度为1～4mm的薄膜，静置24小时；

2.3将静置好的预聚体和模板放入≤80℃的烘箱中加热时间为10min～20min，使其进一步固化；

2.4取出冷却至室温，将PDMS正结构和PMMA负向模板分离，以原结构为标准在显微镜下检查结构，拍摄扫描电镜照片进行对比。