CN109096710A - 一种形状记忆微结构薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种形状记忆微结构薄膜,包括形状记忆聚合物薄膜基体和设置于所述形状记忆聚合物薄膜基体表面的多个微结构,所述微结构的尺寸为10nm‑1cm,所述形状记忆微结构薄膜可在外界刺激作用下发生形变,固定后,再次施加所述外界刺激又可恢复成初始形状。以该形状记忆微结构薄膜为模板可实现多种不同微结构形貌的高精度复制,且工艺简单高效,成本低;该薄膜也可应用于调控液滴的运动方向及细胞的定向分化;该形状记忆微结构薄膜具有优异的形状记忆功能,可实现多次重复利用。
Description
技术领域
本发明涉及微结构制备技术领域,特别是涉及一种形状记忆微结构薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
形状记忆聚合物(Shape Memory Polymers,SMPs),又称形状记忆高分子,是指具有初始形状的制品在一定的条件下改变其初始形状并固定后,通过外界刺激(如热、光、磁、电、化学感应等)又可恢复其初始形状的高分子材料。迄今开发的形状记忆高分子材料都具有两相结构,即包括能够固定和保持其成型物品固有初始形状的固定相(fixed phase),以及在一定条件下能可逆地发生软化与固定,从而获得二次形状的可逆相(reversiblephase)。
然而,目前大多数形状记忆材料的研究主要停留在宏观层面,而利用外界刺激对微观结构的调控来影响其宏观性质,进而实现形状记忆材料在微纳米尺度应用的报道很少。
发明内容
鉴于此,本发明提供了一种形状记忆微结构薄膜,其表面微结构在外界刺激下可诱导形成所需临时形状,固定后,再次施加外界刺激又可恢复至初始形貌,以其为模板可实现多种不同微结构形貌的高精度复制,且工艺简单高效,成本低;其也可应用于调控液滴的运动方向及细胞的定向分化,且具有普适性;此外该形状记忆微结构薄膜具有优异的形状记忆功能,可实现多次重复利用。
具体地,第一方面,本发明提供了一种形状记忆微结构薄膜,包括形状记忆聚合物薄膜基体和设置于所述形状记忆聚合物薄膜基体表面的多个微结构,所述微结构的尺寸为10nm-1cm,所述形状记忆微结构薄膜可在外界刺激下发生形变,固定后,再次施加所述外界刺激又可恢复成初始形状。
本发明实施方式中,所述微结构包括凸起或凹坑,多个所述微结构呈周期性排布或非规则排布。
本发明实施方式中,所述凸起和凹坑的横截面为圆形、椭圆形、三角形、方形、梯形、弧形、多边形或不规则图形。
本发明实施方式中,构成所述形状记忆聚合物薄膜基体的材质包括热致型形状记忆聚合物、光致型形状记忆聚合物、磁致型形状记忆聚合物、电致型形状记忆聚合物和化学感应型形状记忆聚合物中的至少一种。
本发明实施方式中,所述外界刺激包括力、热、光、磁、电、超声、化学刺激中的一种或多种。
相应地,本发明第二方面提供了一种形状记忆微结构薄膜的制备方法,包括以下步骤:
提供基底,在所述基底表面形成预设微结构,得到具有预设微结构的基底;
提供形状记忆微结构薄膜合成原料,以所述具有预设微结构的基底作为母模板,通过成型工艺制备得到形状记忆微结构薄膜,所述形状记忆微结构薄膜包括形状记忆聚合物薄膜基体和设置于所述形状记忆聚合物薄膜基体表面的多个微结构,所述微结构的尺寸为10nm-1cm,所述微结构与所述预设微结构的形状结构相反,所述形状记忆微结构薄膜在外界刺激作用下可发生形变,固定后,再次施加所述外界刺激又可恢复成初始形状。
本发明实施方式中,所述预设微结构包括呈周期性排布或非规则排布的凸起或凹坑。
本发明实施方式中,所述形状记忆微结构薄膜合成原料包括热致型形状记忆聚合物、光致型形状记忆聚合物、磁致型形状记忆聚合物、电致型形状记忆聚合物和化学感应型形状记忆聚合物中的至少一种。
本发明实施方式中,所述成型工艺包括复制模塑、转移微模塑、毛细微模塑、溶剂辅助微模塑、热压印、紫外压印、微接触印刷、逆热压印、逆紫外压印和自组装中的至少一种。
本发明还提供了本发明第一方面所述的形状记忆微结构薄膜在微结构制备技术领域中的应用。
本发明实施方式中,所述应用为所述形状记忆微结构薄膜在制备具有微结构形貌薄膜中的应用,具体包括:在外界刺激下使所述形状记忆微结构薄膜发生预设形变,固定后获得一具有临时形状微结构的形状记忆微结构薄膜,再以所述具有临时形状微结构的形状记忆微结构薄膜为模板,通过成型工艺制备得到具有微结构形貌的薄膜,重新施加所述外界刺激,所述形状记忆微结构薄膜恢复成初始形状。
本发明实施方式中,所述预设形变包括微结构的间距增加、间距减少、倾斜、倾倒、高度或深度增加、高度或深度减小、图案拉长、图案缩短和扭转中的至少一种。
本发明还提供了本发明第一方面所述的形状记忆微结构薄膜在调控液滴运动方向中的应用,所述应用包括:在外界刺激下使所述形状记忆微结构薄膜发生预设形变,固定后获得一具有临时形状微结构的形状记忆微结构薄膜,通过局部施加所述外界刺激使所述形状记忆微结构薄膜局部恢复原貌,实现液滴运动方向的调控。
本发明还提供了本发明第一方面所述的形状记忆微结构薄膜在细胞定向分化中的应用,所述应用包括:在外界刺激下使所述形状记忆微结构薄膜发生预设形变,固定后获得一具有临时形状微结构的形状记忆微结构薄膜,以所述具有临时形状微结构的形状记忆微结构薄膜作为培养基底,进行细胞培养,所述细胞沿所述临时形状微结构定向分化。
本发明提供的形状记忆微结构薄膜,其表面微结构在外界刺激下可诱导形成所需临时形状,固定后又可在外界刺激下恢复至初始形貌,以该形状记忆微结构薄膜为模板用于具有微结构薄膜的制备可实现多种不同微结构形貌的高精度复制;该形状记忆微结构薄膜应用于调控液滴的运动方向和细胞的定向分化具有普适性,效果明显;该形状记忆微结构薄膜具有优异的形状记忆功能,可实现多次重复利用。
本发明的优点将会在下面的说明书中部分阐明,一部分根据说明书是显而易见的,或者可以通过本发明实施例的实施而获知。
附图说明
图1是本发明一实施方式中的形状记忆微结构薄膜的制备方法流程图;
图2是本发明实施例1制得的形状记忆微结构薄膜的显微镜图;
图3是利用本发明实施例1的形状记忆微结构薄膜的临时形状复制得到的聚二甲基硅氧烷微结构形貌薄膜的SEM图;
图4是本发明实施例2制得的形状记忆微结构薄膜的显微镜图;
图5是本发明实施例10制得的形状记忆微结构薄膜的显微镜图。
具体实施方式
以下所述是本发明实施例的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明实施例原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明实施例的保护范围。
本发明实施例提供了一种形状记忆微结构薄膜,包括形状记忆聚合物薄膜基体和设置于所述形状记忆聚合物薄膜基体表面的多个微结构,所述微结构的尺寸为10nm-1cm,所述形状记忆微结构薄膜在外界刺激下可发生形变,固定后,再次施加所述外界刺激又可恢复成初始形状。
本发明实施方式中,所述微结构包括凸起或凹坑,多个所述微结构呈周期性排布或非规则排布。所述凸起和凹坑的具体形状本发明不作特殊限定,可根据实际需要设定。可选地,所述凸起和凹坑的横截面为圆形、椭圆形、三角形、方形、梯形、弧形、多边形或不规则图形。
可选地,所述微结构的尺寸为10nm-1000μm。进一步地,所述微结构的尺寸为20nm-100nm、1μm-500μm、100μm-300μm。
可选地,任意相邻两个所述微结构之间的间距为10nm-1000μm。进一步地,所述间距为20nm-100nm、10μm-500μm、100μm-250μm。
本发明实施方式中,构成所述形状记忆聚合物薄膜基体的材质包括热致型形状记忆聚合物、光致型形状记忆聚合物、磁致型形状记忆聚合物、电致型形状记忆聚合物和化学感应型形状记忆聚合物中的至少一种。可选地,所述形状记忆聚合物薄膜基体的厚度为20nm-2cm。
本发明实施方式中,所述外界刺激包括力、热、光、磁、电、超声、化学刺激中的一种或多种。具体地,所述化学刺激包括水、离子、络合剂、氧化还原剂中的一种或多种。
本发明实施方式中,所述形状记忆微结构薄膜在外界刺激下形成临时形状的具体形式包括微结构的间距增加、间距减少、倾斜、倾倒、高度增加、高度减小、图案拉长、图案缩短和扭转中的至少一种。
本发明实施方式中,可选地,所述热致型形状记忆聚合物的热源包括:热能、光能、电能、电磁能;所述热致型形状记忆聚合物包括热塑性形状记忆聚合物、热固性形状记忆聚合物和热致形状记忆水凝胶中的一种或多种。可选地,所述热塑性形状记忆聚合物包括形状记忆聚乳酸、形状记忆聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物、聚降冰片烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚异戊二烯、反式聚戊二烯、聚烯烃、含氟树脂、聚乙烯-聚醋酸乙烯共聚物、聚己内酯和聚酰胺中的一种或多种。所述热固性形状记忆聚合物包括聚环辛烯、交联聚己内酯、交联聚乙烯和环氧树脂中的一种或多种。所述热致形状记忆水凝胶包括交联聚乙烯醇水凝胶、交联丙烯酸水凝胶、多肽水凝胶和琼脂糖水凝胶中的一种或多种。
本发明实施方式中,可选地,所述光致型形状记忆聚合物的光源包括:红外、紫外、可见光、不透明射线等。可选地,所述光致型形状记忆聚合物通过在聚合物材料中引入一种或多种光敏基团获得,所述光敏基团包括:偶氮苯基团及其衍生物、苯并螺吡喃及其衍生物、三苯代甲烷基团及其衍生物、肉桂酸基团及其衍生物。所述聚合物材料可以是普通的聚合物材料,也可以是热致型形状记忆聚合物。此种情况下的形状记忆原理为:光照下光敏基团发生异构化反应,并把这种变化传递给聚合物分子链,使分子状态发生显著变化,材料宏观尺寸发生形变,光照停止,光敏基团发生可逆的光异构化,分子链形态相应地复原,材料恢复原状。可选地,所述光致型形状记忆聚合物通过在热致型形状记忆聚合物材料中添加一种或多种光热转换材料获得,所述光热转换材料包括:贵金属纳米材料(例如可以是金纳米棒、金纳米笼、金纳米壳层、空心金纳米球、钯纳米片、钯@银、钯@二氧化硅、铋纳米棒、硫化铜亚微米超结构)、碳纳米材料(例如可以是碳纳米管、石墨烯、还原石墨烯)、吲哚菁绿、聚苯胺、炭黑、黑磷、硫化铜以及它们经过各种化学修饰后的产物。
本发明实施方式中,可选地,所述磁致型形状记忆聚合物通过在热致型形状记忆聚合物材料中添加以下材料中的一种或多种获得:铁、铁合金、钴、钴合金、镍、镍合金、锰、锰合金、钕铁硼、镍锌铁氧体、碳纳米管。
本发明实施方式中,可选地,所述电致型形状记忆聚合物通过在热致型形状记忆聚合物材料中添加以下材料中的一种或多种获得:导电高分子(例如可以是聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔)、导电金属材料(例如可以是银、铜、金、铝、钨、镍、铁、镁)、二硫化钼、氧化铟锡、导电碳黑、碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维、短切碳纤维、连续碳纤维、黑磷。
本发明实施方式中,可选地,所述光致型形状记忆聚合物、磁致型形状记忆聚合物、电致型形状记忆聚合物中,所述光热转换材料、磁性材料、导电材料的重量百分比含量为0.01%~20%,进一步地,重量百分含量为0.01%~10%,更进一步地,重量百分含量为1%~5%。
本发明实施方式中,可选地,所述化学感应型形状记忆聚合物的感应方式包括:水、pH值变化、螯合反应、相转变、氧化还原反应及平衡离子置换中的一种或多种。可选地,所述化学感应型形状记忆聚合物的包括:交联聚丙烯纤维、部分皂化的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸混合物、明胶、蛋白质、腈基水凝胶、丙烯腈增强水凝胶、DNA水凝胶、二茂铁-环糊精超分子水凝胶和金刚烷-环糊精超分子水凝胶中的一种或多种。
本发明实施例提供了一种形状记忆微结构薄膜的制备方法,包括以下步骤:
S10、提供基底,在所述基底表面形成预设微结构,得到具有预设微结构的基底;
S20、提供形状记忆微结构薄膜合成原料,以所述具有预设微结构的基底作为母模板,通过成型工艺制备得到形状记忆微结构薄膜,所述形状记忆微结构薄膜包括形状记忆聚合物薄膜基体和设置于所述形状记忆聚合物薄膜基体表面的多个微结构,所述微结构的尺寸为10nm-1cm,所述微结构与所述预设微结构的形状结构相反,所述形状记忆微结构薄膜在外界刺激作用下可发生形变,固定后,再次施加所述外界刺激又可恢复成初始形状。
本发明实施方式中,所述基底的材质包括硅、二氧化硅、玻璃、石英、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对二甲苯、聚酰亚胺和光刻胶中的一种或多种。
本发明实施方式中,所述预设微结构包括呈周期性排布或非规则排布的凸起或凹坑。所述凸起和凹坑的横截面为圆形、椭圆形、三角形、方形、梯形、弧形、多边形或不规则图形。所述预设微结构的尺寸为10nm-1cm。可选地,所述预设微结构的尺寸为10nm-1000μm。进一步地,所述预设微结构的尺寸为20nm-100nm、1μm-500μm、100μm-300μm。
可选地,所述形状记忆聚合物薄膜基体表面的微结构的尺寸为10nm-1000μm。进一步地,所述微结构的尺寸为20nm-100nm、1μm-500μm、100μm-300μm。所述形状记忆聚合物薄膜基体表面的微结构与所述预设微结构是相反的,例如所述预设微结构为凸起,则在所述形状记忆聚合物薄膜基体表面对应形成的微结构为凹坑;相反所述预设微结构为凹坑,则在所述形状记忆聚合物薄膜基体表面对应形成的微结构为凸起。
本发明实施方式中,所述预设微结构采用紫外光刻、电子束光刻、纳米压印光刻、软光刻、浸蘸笔纳米加工刻蚀技术、近场扫描光刻技术、局部氧化光刻技术、超短脉冲激光微加工自组织技术、微接触印刷、丝网印刷、掩模喷涂法、等离子体刻蚀及其拓展衍生技术中的一种或多种形成。
本发明实施方式中,所述形状记忆微结构薄膜合成原料包括热致型形状记忆聚合物、光致型形状记忆聚合物、磁致型形状记忆聚合物、电致型形状记忆聚合物和化学感应型形状记忆聚合物中的至少一种。所述热致型形状记忆聚合物、光致型形状记忆聚合物、磁致型形状记忆聚合物、电致型形状记忆聚合物和化学感应型形状记忆聚合物具体选择如本文前述部分所述,此处不再赘述。
本发明实施方式中,所述成型工艺的方法包括复制模塑、转移微模塑、毛细微模塑、溶剂辅助微模塑、热压印、紫外压印、微接触印刷、逆热压印、逆紫外压印和自组装中的至少一种。
本发明实施方式中,所述外界刺激包括力、热、光、磁、电、超声、化学刺激中的一种或多种。具体地,所述化学刺激包括水、离子、络合剂、氧化还原剂中的一种或多种。
本发明实施方式中,所述形状记忆微结构薄膜在外界刺激下形成临时形状的具体形式包括微结构的间距增加、间距减少、倾斜、倾倒、高度或深度增加、高度或深度减小、图案拉长、图案缩短和扭转中的至少一种。
本发明实施例还提供了上述的形状记忆微结构薄膜在微结构制备技术领域中的应用,具体可以是形状记忆微结构薄膜在制备具有微结构形貌薄膜中的应用,所述应用包括:在外界刺激下使所述形状记忆微结构薄膜发生预设形变,固定后获得一具有临时形状微结构的形状记忆微结构薄膜,再提供用于合成具有微结构形貌的薄膜的原料,以所述具有临时形状微结构的形状记忆微结构薄膜为模板,通过复制得到具有微结构形貌的薄膜,重新施加所述外界刺激,所述形状记忆微结构薄膜恢复成初始形状。
本发明实施方式中,可选地,所述预设形变包括微结构的间距增加、间距减少、倾斜、倾倒、高度或深度增加、高度或深度减小、图案拉长、图案缩短和扭转中的至少一种。具体可根据实际想要制备的具有微结构形貌的薄膜需要何种形状的微结构,则相应地使所述形状记忆微结构薄膜发生任意某种特定的预设形变获得临时形状微结构,以在所制备的薄膜中获得需要的微结构形状。此处,最终所制备的具有微结构形貌的薄膜中的微结构形状与所述临时形状微结构是相反的,例如所述临时形状微结构为凸起,则最终所制备的薄膜中的微结构形状为凹坑;相反所述临时形状微结构为凹坑,则最终所制备的薄膜中的微结构形状为凸起。而且,本发明实施例的形状记忆微结构薄膜在完成具有某一特定微结构的薄膜制备之后,只要重新施加外界刺激,所述形状记忆微结构薄膜又能恢复成初始形状,又能重新在外界刺激下发生另一种预设形变,用于制备获得具有另一特定微结构的薄膜,因此相比现有的微结构制备技术(例如紫外光刻、电子束光刻、纳米压印光刻、软光刻、微接触印刷、丝网印刷等),操作简单高效,成本低廉,在微结构制备领域具有广泛的应用前景。
本发明实施方式中,所述具有微结构形貌的薄膜的材质包括聚二甲基硅氧烷、聚乙烯-醋酸乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对二甲苯、聚酰亚胺、琼脂糖和海藻酸钠中的一种或多种。
本发明实施例还提供了上述的形状记忆微结构薄膜在调控液滴运动方向中的应用,所述应用包括:在外界刺激下使所述形状记忆微结构薄膜发生预设形变,固定后获得一具有临时形状微结构的形状记忆微结构薄膜,通过局部施加所述外界刺激使所述形状记忆微结构薄膜局部恢复原貌,实现液滴运动方向的调控。
本发明实施方式中,所述液滴是由水、水溶液、油、油水混合液、胶体溶液、纳米颗粒溶液、生物大分子溶液、细胞液中的至少一种形成。
本发明实施例还提供了上述的形状记忆微结构薄膜在细胞定向分化中的应用,所述应用包括:在外界刺激下使所述形状记忆微结构薄膜发生预设形变,固定后获得一具有临时形状微结构的形状记忆微结构薄膜,以所述具有临时形状微结构的形状记忆微结构薄膜作为培养基底,进行细胞培养,所述细胞沿所述临时形状微结构定向分化。
本发明实施方式中,所述“固定”是指临时形状固定下来,本领域内技术人员可根据实际情况选择具体方式实现临时形状的固定,例如,当所述形状记忆微结构薄膜的主体成分包括热致型形状记忆材料时,可在移除外界刺激后进一步经冷却固定获得所述临时形状。
本发明实施例提供的形状记忆微结构薄膜,其表面微结构在外界刺激下可诱导形成所需临时形状,固定后,重新施加外界刺激又可恢复至初始形貌,其作为模板用于具有微结构薄膜的制备可实现多种不同微结构形貌的高精度复制,且工艺简单高效、成本低;该形状记忆微结构薄膜应用于调控液滴的运动方向和细胞的定向分化具有普适性,效果明显;且该形状记忆微结构薄膜由于具有优异的形状记忆功能,因此可实现多次重复利用。
下面分多个实施例对本发明的实施方式进行进一步说明:
实施例1
一种形状记忆微结构薄膜的制备方法,如图1所示,包括以下步骤:
(1)提供硅基底10,在所述硅基底10表面涂覆一层光刻胶20,经紫外曝光和显影后,刻蚀形成预设微结构30,剥离光刻胶后得到硅基底微结构母模板101,所述预设微结构30包括直径为110μm,深度为10μm,间距为40μm的圆形凹坑阵列结构;
(2)通过复制模塑的方法向所述硅基底微结构母模板101表面浇筑聚乳酸,揭膜后得到与硅基底微结构母模板结构相反的聚乳酸热致型形状记忆微结构薄膜102,该热致型形状记忆微结构薄膜表面具有直径为110μm,高度为10μm,间距为40μm的圆形凸起阵列结构,如图2所示为本发明实施例1制得的热致型形状记忆微结构薄膜的显微镜图。
将本发明实施例1制备得到的热致型形状记忆微结构薄膜用于制备具有微结构形貌的薄膜,具体步骤包括:在加热条件下,施加外力将该热致型形状记忆薄膜拉伸20%,表面圆形凸起微结构的间距增加,卸除外力并冷却固定具有临时形状的微结构,采用复制模塑的方法复制得到具有间距增加20%的凹坑阵列结构的聚二甲基硅氧烷微结构形貌薄膜,其形貌如图3所示;重新加热,聚乳酸热致型形状记忆微结构薄膜恢复为初始微结构形貌,可再次重复利用。
实施例2
一种形状记忆微结构薄膜的制备方法,包括以下步骤:
(1)利用电子束技术制备二氧化硅基底微结构母模板,该二氧化硅基底微结构母模板具有边长为80μm,高度为10μm,间距为40μm的方形凹坑阵列结构;
(2)通过二氧化硅基底微结构母模板复制得到添加金纳米棒的光致型形状记忆微结构薄膜,所述光致型形状记忆微结构薄膜的材质包括添加了石墨烯的聚对苯二甲酸乙二醇酯,该光致型形状记忆微结构薄膜表面具有边长为80μm,深度为10μm,间距为40μm的方形凸起阵列结构,如图4所示为本发明实施例2制得的光致型形状记忆微结构薄膜的显微镜图。
将本发明实施例2制备得到的光致型形状记忆微结构薄膜用于制备具有微结构形貌的薄膜,具体步骤包括:在加热条件下,施加外力将该光致型形状记忆薄膜拉伸20%,表面方形凸起微结构间距增加,卸除外力并冷却固定具有临时形状的微结构,采用转移微模塑的方法复制得到具有间距增加20%的凹坑阵列结构的聚乙烯-醋酸乙烯微结构薄膜;照射红外光,该光致型形状记忆薄膜恢复为初始微结构形貌,可再次重复利用。
实施例3
一种形状记忆微结构薄膜的制备方法,包括以下步骤:
(1)利用电子束技术制备二氧化硅基底微结构母模板,该二氧化硅基底微结构母模板具有直径为200μm,深度为100μm,间距为40μm的椭圆形凹坑阵列结构;
(2)通过二氧化硅基底微结构母模板复制得到光致型形状记忆微结构薄膜,所述光致型形状记忆微结构薄膜的材质包括接枝偶氮苯基团的聚己内酯,该光致型形状记忆微结构薄膜表面具有直径110μm,高度100μm,间距40μm的椭圆形凸起阵列结构。
将本发明实施例3制备得到的光致型形状记忆微结构薄膜用于制备具有微结构形貌的薄膜,具体步骤包括:在加热条件下,施加外力将该光致型形状记忆薄膜收缩40%,表面微结构间距减少,卸除外力并冷却固定具有临时形状的微结构,采用转移微模塑的方法复制得到间距减少40%的凹坑阵列结构的聚乙烯-醋酸乙烯微结构薄膜;照射紫外光,本实施例光致型形状记忆薄膜恢复为初始微结构形貌,可再次重复利用。
实施例4
一种形状记忆微结构薄膜的制备方法,包括以下步骤:
(1)利用纳米压印光刻技术制备玻璃基底微结构母模板,该玻璃基底微结构母模板具有边长80μm,深度10μm,间距40μm的正三角形凹坑阵列结构;
(2)通过玻璃基底微结构母模板复制得到磁致型形状记忆微结构薄膜,该磁致型形状记忆微结构薄膜的材质包括添加了四氧化三铁微纳米颗粒的聚乳酸;该磁致型形状记忆微结构薄膜表面具有边长80μm,高度10μm,间距为40μm的正三角形凸起阵列结构。
将本发明实施例4制备得到的磁致型形状记忆微结构薄膜用于制备具有微结构形貌的薄膜,具体步骤包括:在外界磁场条件下,使该磁致型形状记忆薄膜的凸起阵列结构倾斜45°,卸除外力及磁场并冷却固定具有临时形状的微结构,采用毛细微模塑的方法复制得到具有45°倾角的凹坑阵列结构的聚甲基丙烯酸甲酯微结构薄膜;重新施加外界磁场,磁致型形状记忆薄膜恢复为初始微结构形貌,可再次重复利用。
实施例5
一种形状记忆微结构薄膜的制备方法,包括以下步骤:
(1)利用软光刻技术制备聚二甲基硅氧烷基底微结构母模板,该聚二甲基硅氧烷基底微结构母模板具有上底为10nm,下底为20nm,高度为30nm,间距为50nm的梯形凸起阵列结构;
(2)通过聚二甲基硅氧烷基底微结构母模板复制得到电致型形状记忆微结构薄膜,该电致型形状记忆微结构薄膜的材质为添加碳纳米管的聚氨酯;该电致型形状记忆微结构薄膜为10nm,下底为20nm,深度为30nm,间距为50nm的梯形凹坑阵列结构。
将本发明实施例5制备得到的电致型形状记忆微结构薄膜用于制备具有微结构形貌的薄膜,具体步骤包括:在通电条件下,施加外力将该电致型形状记忆薄膜的凹坑阵列结构深度减小50%,卸除外力及电流并冷却固定具有临时形状的微结构,采用溶剂辅助微模塑的方法复制得到凸起阵列高度减小50%的聚碳酸酯微结构薄膜;重新通电,电致型形状记忆薄膜恢复为初始微结构形貌,可再次重复利用。
实施例6
一种形状记忆微结构薄膜的制备方法,包括以下步骤:
(1)利用软光刻技术制备聚二甲基硅氧烷基底微结构母模板,该聚二甲基硅氧烷基底微结构母模板具有直径为100nm,高度为200nm,间距为50nm半圆弧形凹坑阵列结构;
(2)通过聚二甲基硅氧烷基底微结构母模板复制得到聚丙烯酸纤维化学感应型形状记忆微结构薄膜,该化学感应型形状记忆微结构薄膜为直径为100nm,深度为200nm,间距为50nm半圆弧形凸起阵列结构。
将本发明实施例6制备得到的化学感应型形状记忆微结构薄膜用于制备具有微结构形貌的薄膜,具体步骤包括:在羟基阴离子平衡离子置换装置中提高Na+浓度,即Na+置换Ba2+时,聚丙烯酸纤维伸长,使该化学感应型形状记忆薄膜的凸起阵列结构高度增加30%,从羟基阴离子平衡离子置换装置中取出得到具有临时形状的微结构,采用溶剂辅助微模塑的方法复制得到凹坑阵列深度增加30%的聚丙烯酸纤维微结构薄膜;重新置于羟基阴离子平衡离子置换装置中并提高Ba2+浓度,即Ba2+置换Na+时,聚丙烯酸纤维收缩,该化学感应型形状记忆薄膜恢复为初始微结构形貌,可再次重复利用。
实施例7
一种形状记忆微结构薄膜的制备方法,包括以下步骤:
(1)利用浸蘸笔纳米加工刻蚀技术制备聚甲基丙烯酸甲酯基底微结构母模板,该聚甲基丙烯酸甲酯基底微结构母模板具有边长为500nm,深度为500nm,间距为100nm的正六边形凹坑阵列结构;
(2)通过聚二甲基硅氧烷基底微结构母模板复制得到聚乙烯醇交联的聚丙烯纤维化学感应型形状记忆微结构薄膜,该化学感应型形状记忆微结构薄膜具有边长为500nm,高度为500nm,间距为100nm的正六边形凸起阵列结构。
将本发明实施例7制备得到的化学感应型形状记忆微结构薄膜用于制备具有微结构形貌的薄膜,具体步骤包括:在水环境中,通过盐酸溶液浸泡减小pH使化学感应型形状记忆薄膜的凸起阵列结构图案增长200%,取出得到具有临时形状微结构的化学感应型形状记忆薄膜,采用紫外压印的方法复制得到凹坑阵列结构图案增长200%的聚苯乙烯微结构薄膜;向该体系溶液中加入等当量氢氧化钠,化学感应型形状记忆薄膜恢复为初始微结构形貌,可再次重复利用。
实施例8
一种形状记忆微结构薄膜的制备方法,包括以下步骤:
(1)利用浸蘸笔纳米加工刻蚀技术制备聚甲基丙烯酸甲酯基底微结构母模板,该聚甲基丙烯酸甲酯基底微结构母模板具有边长为60μm,深度为60μm,间距为100μm的正六边形凹坑阵列结构;
(2)通过聚二甲基硅氧烷基底微结构母模板复制得到聚乙烯醇交联的聚丙烯纤维化学感应型形状记忆微结构薄膜,该化学感应型形状记忆微结构薄膜具有边长为60μm,高度为60μm,间距为100μm的正六边形凸起阵列结构。
将本发明实施例8制备得到的化学感应型形状记忆微结构薄膜用于制备具有微结构形貌的薄膜,具体步骤包括:在水环境中,通过氢氧化钠溶液浸泡增大pH使化学感应型形状记忆薄膜的凸起阵列结构图案缩短50%,取出得到具有临时形状微结构的化学感应型形状记忆薄膜,采用紫外压印的方法复制得到图案缩短50%的聚苯乙烯微结构薄膜;向该体系溶液中加入等当量盐酸,化学感应型形状记忆薄膜恢复为初始微结构形貌,可再次重复利用。
实施例9
一种形状记忆微结构薄膜的制备方法,包括以下步骤:
(1)利用近场扫描光刻技术制备聚碳酸酯基底微结构母模板,该聚碳酸酯基底微结构母模板具有边长为1000μm,深度为500μm,间距为500μm的正六边形凹坑阵列结构;
(2)通过聚碳酸酯基底微结构母模板复制得到聚氨酯热致型形状记忆微结构薄膜,该热致型形状记忆微结构薄膜具有边长为1000nm,高度为500nm,间距为500nm的正六边形凸起阵列结构。
将本发明实施例9制备得到的热致型形状记忆微结构薄膜用于制备具有微结构形貌的薄膜,具体步骤包括:在加热条件下,施加外力使该热致型形状记忆薄膜的凸起阵列结构图案扭转45°,卸除外力并冷却固定具有临时形状的微结构,采用自组装的方法复制得到具有45°扭转角的凹坑阵列结构的聚对苯二甲酸乙二醇酯微结构薄膜;重新加热,热致型形状记忆薄膜恢复为初始微结构形貌,可再次重复利用。
实施例10
一种形状记忆微结构薄膜的制备方法,包括以下步骤:
(1)利用局部氧化光刻技术制备聚苯乙烯基底微结构母模板,该聚苯乙烯基底微结构母模板具有直径为10μm,深度为30μm,间距为25μm的圆形凹坑阵列结构;
(2)通过聚苯乙烯基底微结构母模板复制得到的光致型形状记忆微结构薄膜,所述光致型形状记忆微结构薄膜的材质包括添加碳纳米管的聚乙烯-聚醋酸乙烯共聚物,该光致型形状记忆微结构薄膜具有直径为10μm,高度为30μm,间距为25μm的圆形凸起阵列结构,如图5所示为本发明实施例10制得的光致型形状记忆微结构薄膜的显微镜图。
将本发明实施例10制备得到的光致型形状记忆微结构薄膜用于调控液滴运动,具体步骤包括:
在加热条件下,施加外力使该光致型形状记忆薄膜的凸起阵列结构倾斜60°,卸除外力冷却固定具有临时形状的微结构并在其表面滴加水滴,通过近红外光照射控制局部凸起阵列结构形状恢复,进而控制水滴移动路径;
重复上述步骤,该光致型形状记忆微结构薄膜可再次重复利用。
实施例11
一种形状记忆微结构薄膜的制备方法,包括以下步骤:
(1)利用微接触印刷制备聚对苯二甲酸乙二醇酯基底微结构母模板,该聚对苯二甲酸乙二醇酯基底微结构母模板具有最小边为100μm,最大边为500μm,深度为1000μm,间距为250μm的不规则花瓣形凹坑阵列结构;
(2)通过聚对苯二甲酸乙二醇酯基底微结构母模板复制得到苯乙烯-丁二烯共聚物热致型形状记忆微结构薄膜,该热致型形状记忆微结构薄膜具有最小边为100μm,最大边为500μm,高度为1000μm,间距为250μm的不规则花瓣形凸起阵列结构。
将本发明实施例11制备得到的热致型形状记忆微结构薄膜用于调控液滴运动,具体步骤包括:
在加热条件下,施加外力使该热致型形状记忆薄膜的凸起阵列结构高度减小50%,卸除外力冷却固定具有临时形状的微结构并在其表面滴加油滴,通过局部加热控制局部凸起阵列结构形状恢复,进而控制油滴移动路径;
重复上述步骤,该热致型形状记忆微结构薄膜可再次重复利用。
实施例12
一种形状记忆微结构薄膜的制备方法,包括以下步骤:
(1)利用超短脉冲激光微加工自组织技术制备聚乙烯基底微结构母模板,该聚乙烯基底微结构母模板具有直径为10μm,深度为40μm,间距为10μm的方形凹坑阵列结构;
(2)通过聚乙烯基底微结构母模板复制得到聚降冰片烯热致型形状记忆微结构薄膜,该热致型形状记忆微结构薄膜具有直径为10μm,高度为40μm,间距为10μm的方形凸起阵列结构。
将本发明实施例12制备得到的热致型形状记忆微结构薄膜用于细胞定向分化,具体步骤包括:
在加热条件下,施加外力使该热致型形状记忆薄膜的凸起阵列结构倾斜90°,卸除外力冷却固定具有临时形状的微结构并在其表面培养血管内皮细胞,24h后观察血管内皮细胞可沿凸起阵列结构倾斜方向定向分化;
重新加热,热致型形状记忆薄膜恢复为初始微结构形貌,可再次重复利用。
需要说明的是,根据上述说明书的揭示和阐述,本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此,本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式,对本发明的一些等同修改和变更也应当在本发明的权利要求的保护范围之内。此外,尽管本说明书中使用了一些特定的术语,但这些术语只是为了方便说明,并不对本发明构成任何限制。
Claims (14)
1.一种形状记忆微结构薄膜,其特征在于,包括形状记忆聚合物薄膜基体和设置于所述形状记忆聚合物薄膜基体表面的多个微结构,所述微结构的尺寸为10nm-1cm,所述形状记忆微结构薄膜可在外界刺激作用下发生形变,固定后,再次施加所述外界刺激又可恢复成初始形状。
2.如权利要求1所述的形状记忆微结构薄膜,其特征在于,所述微结构包括凸起或凹坑,多个所述微结构呈周期性排布或非规则排布。
3.如权利要求1所述的形状记忆微结构薄膜,其特征在于,所述凸起和凹坑的横截面为圆形、椭圆形、三角形、方形、梯形、弧形、多边形或不规则图形。
4.如权利要求1所述的形状记忆微结构薄膜,其特征在于,构成所述形状记忆聚合物薄膜基体的材质包括热致型形状记忆聚合物、光致型形状记忆聚合物、磁致型形状记忆聚合物、电致型形状记忆聚合物和化学感应型形状记忆聚合物中的至少一种。
5.如权利要求1所述的形状记忆微结构薄膜,其特征在于,所述外界刺激包括力、热、光、磁、电、超声、化学刺激中的一种或多种。
6.一种形状记忆微结构薄膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
提供基底,在所述基底表面形成预设微结构,得到具有预设微结构的基底;
提供形状记忆微结构薄膜合成原料,以所述具有预设微结构的基底作为母模板,通过成型工艺制备得到形状记忆微结构薄膜,所述形状记忆微结构薄膜包括形状记忆聚合物薄膜基体和设置于所述形状记忆聚合物薄膜基体表面的多个微结构,所述微结构的尺寸为10nm-1cm,所述微结构与所述预设微结构的形状结构相反,所述形状记忆微结构薄膜可在外界刺激作用下发生形变,固定后,再次施加所述外界刺激又可恢复成初始形状。
7.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述预设微结构包括呈周期性排布或非规则排布的凸起或凹坑。
8.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述形状记忆微结构薄膜合成原料包括热致型形状记忆聚合物、光致型形状记忆聚合物、磁致型形状记忆聚合物、电致型形状记忆聚合物和化学感应型形状记忆聚合物中的至少一种。
9.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述成型工艺包括复制模塑、转移微模塑、毛细微模塑、溶剂辅助微模塑、热压印、紫外压印、微接触印刷、逆热压印、逆紫外压印和自组装中的至少一种。
10.如权利要求1-5任一项所述的形状记忆微结构薄膜在微结构制备技术领域中的应用。
11.如权利要求10所述的应用,其特征在于,包括所述形状记忆微结构薄膜在制备具有微结构形貌薄膜中的应用,所述应用包括:在外界刺激下使所述形状记忆微结构薄膜发生预设形变,固定后获得一具有临时形状微结构的形状记忆微结构薄膜,再以所述具有临时形状微结构的形状记忆微结构薄膜为模板,通过成型工艺制备得到具有微结构形貌的薄膜,重新施加所述外界刺激,所述形状记忆微结构薄膜恢复成初始形状。
12.如权利要求11所述应用,其特征在于,所述预设形变包括微结构的间距增加、间距减少、倾斜、倾倒、高度或深度增加、高度或深度减小、图案拉长、图案缩短和扭转中的至少一种。
13.如权利要求1-5任一项所述的形状记忆微结构薄膜在调控液滴运动方向中的应用,所述应用包括:在外界刺激下使所述形状记忆微结构薄膜发生预设形变,固定后获得一具有临时形状微结构的形状记忆微结构薄膜,通过局部施加所述外界刺激使所述形状记忆微结构薄膜局部恢复原貌,实现液滴运动方向的调控。
14.如权利要求1-5任一项所述的形状记忆微结构薄膜在细胞定向分化中的应用,所述应用包括:在外界刺激下使所述形状记忆微结构薄膜发生预设形变,固定后获得一具有临时形状微结构的形状记忆微结构薄膜,以所述具有临时形状微结构的形状记忆微结构薄膜作为培养基底,进行细胞培养,所述细胞沿所述临时形状微结构定向分化。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181228 |