本發(fā)明涉及一種快速制作水凝膠微柱陣列的技術(shù)，具體的說是一種基于dmd(數(shù)字微鏡陣列)的動態(tài)掩模的水凝膠微柱陣列的快速制作方法。

背景技術(shù)：

隨著20世紀(jì)80年代后期微機(jī)電系統(tǒng)(mems)的興起，微加工技術(shù)作為微機(jī)電系統(tǒng)所必需的一個(gè)手段，引起了人們的廣泛重視并得到了快速的發(fā)展。微加工技術(shù)已經(jīng)成為一門多學(xué)科交叉的制造系統(tǒng)工程和綜合高新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、生物工程、半導(dǎo)體工業(yè)等領(lǐng)域，這一領(lǐng)域的發(fā)展對未來的國民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)等獎產(chǎn)生巨大的影響，先進(jìn)國家紛紛將之列為未來關(guān)鍵技術(shù)之一。

作為微加工技術(shù)的產(chǎn)品之一，微柱陣列在微電子機(jī)械系統(tǒng)，微光學(xué)器件以及生物微流體等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。田青華等人利用紫外光刻技術(shù)加工pdms的微柱陣列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為基底用來培養(yǎng)肝癌細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基底拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是影響肝癌細(xì)胞形態(tài)功能的重要微環(huán)境因素，為細(xì)胞功能表型優(yōu)化提供了重要的工程化手段。丁繼亮等人利用pdms制作的微柱陣列來分選不同的細(xì)胞。丁建東課題組利用設(shè)計(jì)的高分子微柱陣列，可以引起細(xì)胞核發(fā)生嚴(yán)重的自我變形。中科院力學(xué)所的趙亞溥研究員在固體表面本征濕潤性能和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的共同作用下，使得微柱陣列親液表面成為超親液表面，解決了該應(yīng)用領(lǐng)域瓶頸問題。

現(xiàn)有的制作微柱陣列的方法主要有l(wèi)iga，icp、軟光刻和激光直寫等。liga即光刻、電鑄和注塑的縮寫，是一種基于x射線光刻技術(shù)的mems加工技術(shù)，其可以制造大深寬比的微結(jié)構(gòu)，但是卻需要昂貴的設(shè)備；icp即等離子體刻蝕工藝，在成型材料上有很大的限制，同時(shí)設(shè)備昂貴。最為常用的軟光刻技術(shù)雖然易于操作，但是其工藝步驟過于繁瑣(包括氣相成底模、旋轉(zhuǎn)烘膠、軟烘、對準(zhǔn)和曝光、顯影、堅(jiān)膜烘焙、顯影檢查等)，導(dǎo)致制作的耗時(shí)較長。激光直寫技術(shù)是今年來新興的微加工技術(shù)之一，該技術(shù)具有高分辨率、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，但是，該技術(shù)一般利用的是線掃描模式，加工時(shí)間比較長。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于dmd的動態(tài)掩模的水凝膠微柱陣列的快速制作方法。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種基于dmd的動態(tài)掩模的水凝膠微柱陣列的快速制作方法，包括以下步驟：

將設(shè)計(jì)的二進(jìn)制微柱陣列圖形導(dǎo)入到數(shù)字微鏡陣列中，并將聚乙二醇二丙烯酸甲酯pegda與光引發(fā)劑2,4,6-三甲基苯甲?；?二苯基氧化膦tpo的混合溶液滴在基底表面；

數(shù)字微鏡陣列將紫外入射光反射到聚焦物鏡組中，并投射到基底表面；

調(diào)整紫外入射光激光器的功率，激發(fā)混合溶液發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)并固化粘附在基底表面，使固化后的水凝膠微柱陣列形狀與設(shè)計(jì)圖形的形狀和光斑形狀一致；

進(jìn)行水凝膠微柱陣列的生長培養(yǎng)。

所述混合溶液為使用75％的酒精配置的聚乙二醇二丙烯酸酯pegda和光引發(fā)劑tpo混合溶液，pegda的濃度為40％，tpo的濃度為0.5wt％。

所述混合溶液的制備方法包括以下步驟：

將pegda溶于酒精之中，待攪拌均勻后再加入光引發(fā)劑tpo，pegda的最終濃度為40％，tpo的濃度為0.5wt％。

所述交聯(lián)反應(yīng)具體為：經(jīng)過投影物鏡組的縮束后投射到玻璃基底上的圖形誘導(dǎo)引發(fā)劑在紫外光的照射下產(chǎn)生自由基，并于pegda單體結(jié)合從而引發(fā)自由基聚合反應(yīng)。

所述基底為玻璃。

所述進(jìn)行水凝膠微柱陣列的生長培養(yǎng)，具體為：通過設(shè)計(jì)輸入dmd的圖片中的單個(gè)微柱圖形的尺寸來控制所生長的水凝膠微柱的尺寸。

所述投影物鏡組包含一個(gè)焦距為35mm的平凹紫外增透透鏡，一個(gè)焦距為25mm的平凸紫外增透透鏡和一個(gè)10倍紫外聚焦物鏡，各個(gè)透鏡按次序從下到上依次為平凸紫外增透透鏡、平凹紫外增透透鏡和10倍紫外聚焦物鏡。

本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)動態(tài)化，程序化的水凝膠的微柱陣列的快速制作，并不需要任何物理模板，制作過程簡單，對環(huán)境要求低。具體具有以下特點(diǎn)：

1.紫外光照射激發(fā)光引發(fā)產(chǎn)生自由基，自由基與pegda單體相結(jié)合，從而引發(fā)水凝膠的交聯(lián)反應(yīng)。自由基只在光斑照射的地方存在。

2.通過控制設(shè)計(jì)光斑的形狀來控制pegda交聯(lián)聚合后的微柱陣列的形狀。利用這種微柱陣列的制作方法，可以不需要物理模板，直接根據(jù)所需形狀設(shè)計(jì)光斑，并且可以動態(tài)化的控制水凝膠微柱陣列的形狀、尺寸和位置。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的原理圖；

圖2為光斑照射到玻璃基底上后生成微柱陣列的示意圖；

其中，圖2(a)為微柱陣列的正視示意圖，圖2(b)為微柱陣列的俯視示意圖；

圖3為掃描電子顯微鏡圖片；

其中，圖3(a)為三角形的水凝膠微柱陣列結(jié)果圖，圖3(b)為方形的水凝膠微柱陣列結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明是基于dmd的動態(tài)掩模的水凝膠微柱陣列快速制作方法：將設(shè)計(jì)的微柱陣列圖案輸入到dmd中，通過dmd將紫外光反射到投影物鏡組中，經(jīng)過投影物鏡組的縮束和聚焦，設(shè)計(jì)的圖案則會投影到玻璃基底上，水凝膠混合溶液中的光引發(fā)劑吸收紫外光產(chǎn)生自由基，從而引起水凝膠發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成固化的水凝膠微柱陣列結(jié)構(gòu)，并且微柱陣列的形狀與照射的光斑的大小和形狀一致，因此，通過控制光斑的位置、形狀和尺寸，就能在玻璃表面的任意位置生長出任意形狀的水凝膠微柱陣列結(jié)構(gòu)。

利用dmd作為動態(tài)掩模來加工水凝膠的微柱陣列的方法具有以下特點(diǎn)(如圖1所示)：

1：數(shù)字微鏡陣列(dmd)作為動態(tài)掩模用于反射紫外光。

2：投影物鏡組包含一個(gè)焦距為35mm的平凹紫外增透透鏡，一個(gè)焦距為25mm的平凸紫外增透透鏡和一個(gè)10倍紫外聚焦物鏡，各個(gè)透鏡按次序從下到上依次為平凸紫外增透透鏡、平凹紫外增透透鏡和10倍紫外聚焦物鏡。平凸紫外增透透鏡與平凹紫外增透透鏡之間的距離為60mm，對從dmd反射來的光束進(jìn)行縮束；平凹紫外增透透鏡與10倍紫外聚焦物鏡之間的距離為20mm。

3：水凝膠微柱陣列的示意圖2所示，圖2(a)為微柱陣列的正視示意圖，圖2(b)為微柱陣列的俯視示意圖。

實(shí)施例一

1、將一片載玻片用無水乙醇清洗兩次，利用氮?dú)鈱⑸w玻片吹干待用。

2、使用75％的酒精配置聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)和光引發(fā)劑(tpo)的混合溶液，pegda的濃度為40％，tpo的濃度為0.5wt％。

3、取0.5ml配置好的溶液，滴在載玻片上，使得溶液均勻平鋪在載玻片表面。

4、將載玻片放置在架子上，在電腦中繪制需要的圖片形狀，將繪制好的圖片導(dǎo)入到數(shù)字微鏡陣列中，數(shù)字微鏡陣列將紫外光反射到投影物鏡組中，經(jīng)過投影物鏡組的縮束后投射到玻璃基底上的圖形會誘導(dǎo)聚乙二醇二丙烯酸酯和光引發(fā)劑的混合溶液發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)并固化粘附在玻璃表面，而水凝膠的形狀與設(shè)計(jì)圖片形狀和投射光斑形狀一致。如圖3所示，生長的兩種不同形狀的微柱陣列，圖3(a)為三角形的微柱陣列，圖3(b)為方形的微柱陣列。