專利名稱：仿生微納結(jié)構(gòu)表面的模板制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用天然生物體表面為模板，以聚甲基丙烯酸甲酯(P畫A) 和聚二甲基硅氧烷(PDMS)為基材的仿生微納結(jié)構(gòu)表面的模板制備方法，屬于 材料科學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著材料制備技術(shù)的不斷發(fā)展，利用天然生物表面為模板制備微納結(jié)構(gòu)表 面材料備受研究者關(guān)注。同人工合成材料相比，天然生物的表面結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出一 些自然的具有某些特殊功能的微納分級結(jié)構(gòu)構(gòu)造，這些微納表面結(jié)構(gòu)是生物通 過長期遺傳進化而優(yōu)化發(fā)展過來的。自然界在長達5億年的進化過程中通過無數(shù) 次淘汰篩選得到的微納結(jié)構(gòu)是自然留給人類的精華。通過仿生設(shè)計新的功能材 料已被證明是一種非常重要的手段，而且受到國際上越來越多的研究者的重視； 通過仿生可以大大縮短防污微納結(jié)構(gòu)的設(shè)計周期，提高設(shè)計成功率；通過仿生 研究，對不同的材料進行表面改性，將可能制備和開發(fā)具有特殊功能的表面材 料(如自清潔、防止海洋生物附著功能等)，更有利于加深對表面現(xiàn)象的認識， 擴展材料應(yīng)用范圍及提高材料性能有著重要的理論意義和應(yīng)用價值。
PDMS(Polydimethylsiloxane ，聚二甲基硅氧烷)是一種無色透明的彈性高 分子聚合物，具有很強的親有機性能和疏水性能，同時具有優(yōu)良的彈性、化學(xué) 穩(wěn)定性、耐熱耐寒性和耐腐蝕性，無可燃性，無毒無污染，使用安全方便。作 為研究海洋防污的微加工技術(shù)的基底材料，它顯示了非常理想的材料特征價 格便宜、加工制作簡單、彈性等機械性能可控、良好的生物兼容性、良好的電 絕緣性、對紫外光的良好通透性能以及適宜大規(guī)模生產(chǎn)等。但是，PDMS之間存 在脫模困難的問題，盡管有文獻報道，提出用熏蒸硅油或是三甲基氯硅烷等抗 粘連方法，但是也存在操作難度大、重復(fù)性不好，仿制精度有限等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝流程簡單，仿制精度高，重復(fù)性好，制作 費用低，易于實施和規(guī)模化生產(chǎn)的仿生微納結(jié)構(gòu)表面的模板制備方法。
本發(fā)明所述的仿生微納結(jié)構(gòu)表面的模板制備的工藝方法如下
1.制作聚甲基丙烯酸甲酯負向模板結(jié)構(gòu)，簡稱PMMA負向模板結(jié)構(gòu)
1.1挑選要仿制的生物體表面，將其浸入丙酮溶劑中超聲清洗5min，再浸
入純水中超聲清洗5min，取出后晾干待用；
1.2將PMMA放入丙酮溶劑中，配制成15 30。/。的PMMA丙酮溶液；
1.3將配制好的丙酮溶液均勻的澆注于生物體表面，形成厚度為l 4mm的
薄膜，在15'C 25"C溫度下靜置10 16小時，當(dāng)丙酮幾乎全部揮發(fā)后，小心地
將澆注形成的PMMA膜和生物體表面分離；
1. 4將取下的PMMA膜放入《50。C烘箱中加熱時間為10 20min使其固化。
2. 利用P麗A負向模板制作聚二甲基硅氧烷正結(jié)構(gòu)，簡稱PDMS正結(jié)構(gòu)
2.1配制PDMS預(yù)聚體按照固化劑PDMS二1:10 1:18的比例混合均勻，靜
置一段時間排除預(yù)聚體中溶入的空氣；
2.2將配制好的PDMS預(yù)聚體均勻的澆注于PM區(qū)負向模板上，形成厚度為1 4mm的薄膜，在15t: 25'C溫度下靜置24小時，使預(yù)聚體完全浸入PMMA負向模板 中的微結(jié)構(gòu)中；
2.3將靜置好的預(yù)聚體和模板放入《8(TC的烘箱中加熱時間為10 20min 使其進一步固化；
2.4取出冷卻至室溫，將PDMS正結(jié)構(gòu)和P醒A負向模板分離，以原結(jié)構(gòu)為標(biāo) 準(zhǔn)在顯微鏡下檢査結(jié)構(gòu)，拍攝掃描電鏡照片進行對比。
本發(fā)明所述的仿生微納結(jié)構(gòu)表面的模板制備方法，是利用P醒A和PDMS二次 復(fù)制的方法來仿制生物體表面微納結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有以下特點
1. 模板材料聚二甲基硅氧垸是一種無色透明的彈性高分子聚合物，具有很 強的親有機性能和疏水性能，同時又具有優(yōu)良的彈性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱耐寒 性和耐腐蝕性；作為研究海洋防污的微加工技術(shù)的基底材料，它顯示了非常理 想的材料特征無可燃性，無毒無污染，自清潔和防止海洋生物附著等，使用 安全方便；
2. 模板材料價格便宜、配料工藝方法簡單； 3. 制備方法簡單，成本低；解決了PDMS模具間脫模困難的問題；
4. 制備的微納結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的精度高，重現(xiàn)性好；機械性能可控，并且具有良 好的生物兼容性和良好的電絕緣性，對紫外光的良好通透性能；
5. 負向模板可反復(fù)使用，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
具體實施例方式
實施例l.仿制馬面飩魚魚皮表面的微納結(jié)構(gòu)
1.制作PMMA負向模板結(jié)構(gòu)
1.1挑選表面無損傷的新鮮馬面飩魚皮，將其浸入丙酮溶劑中超聲清洗
5min，再浸入純水中超聲清洗5min，取出后晾干待用；
1.2稱取10g的PMMA置入56g的丙酮溶劑中，配制成15。/。的PMMA丙酮溶液； 1.3將配制好的丙酮溶液均勻的澆注于魚皮表面，形成厚度為2皿的薄膜，
在15"C 25"C溫度下靜置10小時，當(dāng)丙酮幾乎全部揮發(fā)后，小心地將澆注形成
的膜和魚皮表面分離；
1. 4將取下的PMMA膜放入5(TC烘箱中加熱時間為10min使其固化；
2. 利用P麗A負向模板制作PDMS正結(jié)構(gòu)
2.1配制PDMS預(yù)聚體按照固化劑:PDMS二1:13的比例混合均勻，靜置一段 時間排除預(yù)聚體中溶入的空氣；
2.2將配制好的PDMS預(yù)聚體均勻的澆注于PMMA負向模板上，形成厚度為2皿 的薄膜，在15"C 25"C溫度下靜置24小時，使預(yù)聚體完全浸入模板的微結(jié)構(gòu)中；
2. 3將靜置好的預(yù)聚體和模板放入8(TC的烘箱中加熱時間為10min使其固
化；
2.4取出冷卻至室溫，將PDMS正結(jié)構(gòu)和PM區(qū)負向模板分離，在顯微鏡下檢 査結(jié)構(gòu)，拍攝掃描電鏡照片并和魚皮結(jié)構(gòu)對比。 實施例2.仿制蟬翼表面微納結(jié)構(gòu) 1.制作PMMA負向模板結(jié)構(gòu)
1.1挑選表面無損傷蟬翼，將其浸入丙酮溶劑中超聲清洗5min，再浸入純 水中超聲清洗5min，取出后晾干待用；
1.2稱取10g的PMMA置入40g的丙酮溶劑中，配制成20。/。的P腿A丙酮溶液； 1.3將配制好的丙酮溶液均勻的澆注于蟬翼表面，形成厚度為3mm的薄膜，
在15"C 25'C溫度下靜置14小時，當(dāng)丙酮幾乎全部揮發(fā)后，小心地將澆注形成 的膜和蟬翼表面分離；
1. 4將取下的PMMA膜放入45t:烘箱中加熱時間為15min使其固化；
2. 利用PMMA負向模板制作PDMS正結(jié)構(gòu)
2.1配制PDMS預(yù)聚體按照固化劑:PDMS^1:15的比例混合均勻，靜置一段 時間排除預(yù)聚體中溶入的空氣；
2.2將配制好的PDMS預(yù)聚體均勻的澆注于PMMA負向模板上，形成厚度為3mm 的薄膜，在15。C 25。C溫度下靜置24小時，使預(yù)聚體完全浸入模板的微結(jié)構(gòu)中；
2.3將靜置好的預(yù)聚體和模板放入8(TC的烘箱中加熱時間為15min使其固
化；
2.4取出冷卻至室溫，將PDMS正結(jié)構(gòu)和PM區(qū)負向模板分離，在顯微鏡下檢 査結(jié)構(gòu)，拍攝掃描電鏡照片并和蟬翼表面結(jié)構(gòu)對比。 實施例3.仿制荷花葉子表面微納結(jié)構(gòu) 1.制作PMMA負向模板結(jié)構(gòu)
l.l挑選新鮮荷葉一片，將其浸入丙酮溶劑中超聲清洗5min，再浸入純水中
超聲清洗5min，取出后晾干待用；
1.2稱取10g的PMMA置入23g的丙酮溶劑中，配制成30。/。的P醒A丙酮溶液； 1.3將配制好的丙酮溶液均勻的澆注于荷葉表面，形成厚度為4mm的薄膜，
在15"C 25。C溫度下靜置16小時，當(dāng)丙酮幾乎全部揮發(fā)后，小心地將澆注形成
的膜和荷葉表面分離；
1. 4將取下的PMMA膜放入50。C烘箱中加熱時間為10min使其固化；
2. 利用P薩A負向模板制作PDMS正結(jié)構(gòu)
2.1配制PDMS預(yù)聚體按照固化劑:PDMS^1:18的比例混合均勻，靜置一段 時間排除預(yù)聚體中溶入的空氣；
2.2將配制好的PDMS預(yù)聚體均勻的澆注于PMMA負向模板上，形成厚度為4mm 的薄膜，在15。C 25'C溫度下靜置24小時，使預(yù)聚體完全浸入模板的微結(jié)構(gòu)中；
2. 3將靜置好的預(yù)聚體和模板放入75'C的烘箱中加熱時間為20min使其固
化；
2.4取出冷卻至室溫，將PDMS正結(jié)構(gòu)和PMMA負向模板分離，在顯微鏡下 檢査結(jié)構(gòu)，拍攝掃描電鏡照片并和荷葉表面結(jié)構(gòu)對比
權(quán)利要求
一種仿生微納結(jié)構(gòu)表面的模板制備方法，其特征在于1.制作聚甲基丙烯酸甲酯負向模板結(jié)構(gòu)，簡稱PMMA負向模板1.1將要仿制的微納結(jié)構(gòu)浸入丙酮溶劑中超聲清洗5min，再浸入純水中超聲清洗5min后晾干待用；1.2將PMMA放入丙酮溶劑中，配制成15～30％的PMMA的丙酮溶液；1.3將丙酮溶液均勻的澆注于微納結(jié)構(gòu)表面，形成厚度為1～4mm的薄膜，在15℃～25℃溫度下靜置10～16小時，將形成的膜和微納結(jié)構(gòu)表面分離；1.4將取下的PMMA膜放入≤50℃烘箱中加熱時間為10～20min使其固化；
1.制作聚甲基丙烯酸甲酯負向模板結(jié)構(gòu)，簡稱P醒A負向模板1. 1將要仿制的微納結(jié)構(gòu)浸入丙酮溶劑中超聲清洗5min，再浸入純水中超聲清洗5min后晾干待用；1. 2將PMMA放入丙酮溶劑中，配制成15 30。/。的PMMA的丙酮溶液； 1.3將丙酮溶液均勻的澆注于微納結(jié)構(gòu)表面，形成厚度為l 4mm的薄膜，在15℃ 25℃溫度下靜置10 16小時，將形成的膜和微納結(jié)構(gòu)表面分離；1. 4將取下的PMMA膜放入《5(℃烘箱中加熱時間為10 20 min使其固化；
2. 利用P醒A負向模板制作聚二甲基硅氧垸正結(jié)構(gòu)，簡稱PDMS正結(jié)構(gòu)2.1配制PDMS預(yù)聚體按照固化劑PDMS二1:10 1:18的比例混合均勻，靜 置一段時間排除預(yù)聚體中溶入的空氣；2. 2將PDMS預(yù)聚體均勻的澆注于PM區(qū)負向模板上，形成厚度為l 4mm的薄 膜，靜置24小時；2.3將靜置好的預(yù)聚體和模板放入《8(℃的烘箱中加熱時間為10 20min， 使其進一步固化；2.4取出冷卻至室溫，將PDMS正結(jié)構(gòu)和PMMA負向模板分離，以原結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn) 在顯微鏡下檢査結(jié)構(gòu)，拍攝掃描電鏡照片進行對比。
全文摘要
本發(fā)明的仿生微納結(jié)構(gòu)表面的模板制備方法，是首先用聚甲基丙烯酸甲酯(簡稱PMMA)丙酮溶液(15～30％)仿制生物體表面制備負向模板；再利用聚二甲基硅氧烷(簡稱PDMS)制備PDMS(固化劑∶PDMS＝1∶10～1∶18)預(yù)聚體，根據(jù)PMMA負向模板用PDMS預(yù)聚體仿制PDMS的正結(jié)構(gòu)。模板材料聚二甲基硅氧烷是一種無色透明、無毒無味的彈性高分子聚合物，具有優(yōu)良的彈性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱耐寒性、耐腐蝕性和自清潔等材料特征。制備方法解決了PDMS模具間脫模困難的問題，并且制備工藝簡單，成本低，制備的微納結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的精度高，負向模板可反復(fù)使用，適合規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號C08J5/00GK101200550SQ20071015830
公開日2008年6月18日 申請日期2007年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月14日
發(fā)明者冰 曲, 靜 汪 申請人:汪 靜;曲 冰