本發(fā)明涉及一種集成微球透鏡陣列的柔性熒光增強薄膜的制備方法，屬于生物化學分析與傳感。

背景技術：

1、單分子或單顆粒熒光成像是生化分析和傳感領域常用的檢測手段，一般采用熒光物質(zhì)（染料分子或納米顆粒）對目標分子或目標物的復合體進行標記，以熒光點的數(shù)量對目標分子進行定量。由于單個熒光物質(zhì)發(fā)射的熒光強度較弱，在單分子或單顆粒水平對熒光物質(zhì)進行成像檢測需要使用高倍數(shù)（大于60倍）和高數(shù)值孔徑（na，大于0.8）的油鏡，需要手動聚焦和成像，很難自動化和微型化。低倍數(shù)（小于40倍）和低na（小于0.7）干鏡進行單分子或單顆粒的成像必須對單個熒光物質(zhì)發(fā)射的熒光進行增強。

2、熒光強度增強的技術主要有三種表面等離子體共振增強、光子晶體增強、和微透鏡增強。表面等離子體共振增強，又稱金屬增強，需要精確控制熒光物質(zhì)與金屬介質(zhì)表面的距離，距離過近會導致熒光猝滅，距離過遠增強作用消失，且金屬層易氧化，穩(wěn)定性不高。光子晶體增強技術需要精細加工周期性的微納結構，過程復雜，加工難度高，且熒光物質(zhì)落在光子晶體結構的不同區(qū)域，增強差異大。微透鏡增強技術既能提高激發(fā)光的強度，又能增強熒光的收集效率，且可進行光場調(diào)制，具有較好的應用潛力。

3、目前，基于pdms膜的微透鏡陣列加工主要存在兩種形式，注塑技術和光刻技術。前者需要先加工具有透鏡形狀的模具，往模具里注入pdms，加熱成形。后者采用光刻技術在基底上加工微結構陣列模板，多次復刻后，形成pdms微透鏡陣列。無論注塑和光刻技術，均需要復雜的加工過程，且透鏡陣列的大小和間距與模板一致，無法進行靈活調(diào)節(jié)。另一方面，透鏡材質(zhì)一般為塑料，材料折光率較?。ㄐ∮?.5），導致微透鏡的光收集能力不足，無法使用低倍數(shù)和低na干鏡對單個熒光物質(zhì)進行成像，限制了微透鏡陣列在單分子、單顆粒成像領域的應用。因此，需要發(fā)展高折光率材料的微透鏡陣列制備方法。

4、目前，pdms薄膜微透鏡制備方法存在以下兩個技術問題：（1）pdms薄膜微透鏡陣列需要復雜的模板制作過程，成本高、可靠性低；（2）低折光率微透鏡的光線收集能力有限，熒光增強效應弱，即便與低倍數(shù)和低na干鏡組合，也無法獲取單個熒光物質(zhì)的影像。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的技術問題而提供一種集成微球透鏡陣列的柔性熒光增強薄膜的制備方法。

2、本發(fā)明提供一種集成微球透鏡陣列的柔性熒光增強薄膜的制備方法，包括以下步驟：

3、步驟1、將固態(tài)微球的懸浮液滴加至固態(tài)基板表面，采用移液槍緩慢吸走液體，微球在固態(tài)基板表面自組裝，形成陣列結構；

4、步驟2、將聚二甲基硅氧烷（pdms）的單體與引發(fā)劑按一定體積比混合均勻，脫氣處理，形成預聚體；在塑料膠片表面涂布一定厚度的預聚體，加熱固化；

5、步驟3、待預聚體即將固化成膜時，將步驟1制備的微球陣列基板覆蓋于薄膜表面，繼續(xù)加熱至預聚體完全固化，然后將頂部基板和底部塑料膠片除去，形成集成微透鏡陣列的柔性pdms薄膜；

6、步驟4、對柔性pdms薄膜進行抗吸附處理，以熒光染料分子為對象，在宏觀水平表征薄膜的熒光增強性能，以熒光納米顆粒為對象，在單顆粒水平表征薄膜的熒光增強性能。

7、作為本發(fā)明進一步優(yōu)化的技術方案如下：

8、所述步驟1中，所述固態(tài)微球為聚苯乙烯、二氧化鈦、鈦酸鋇、二氧化硅中的一種，所述固態(tài)微球的折光率為1.5～2.5，所述固態(tài)微球的尺寸為5～500微米。

9、優(yōu)選的，所述固態(tài)微球的材料為鈦酸鋇，折光率為1.9，尺寸在140～150微米之間。

10、所述步驟2中，所述聚二甲基硅氧烷的單體與引發(fā)劑的體積比為0.2～10，所述塑料膠片的材質(zhì)為聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯中的一種，所述預聚體的涂布厚度為0.2～5毫米，所述加熱固化的溫度為40～100℃。

11、優(yōu)選的，所述聚二甲基硅氧烷的單體與引發(fā)劑的體積比為10：1。

12、所述步驟4中，所述抗吸附處理的試劑為高分子長鏈修飾的硅烷化試劑，其質(zhì)量濃度在0.5%～20%，處理時間為1分鐘～60分鐘，抗吸附處理過程包括表面活化和表面修飾，在材料表面可形成硅烷薄膜，減少pdms的非特異性吸附。

13、優(yōu)選的，所述高分子長鏈為聚乙烯醇、聚乙二醇單甲醚、葡聚糖中的至少一種，其分子量在1kda～500kda之間。

14、所述步驟4中，所述熒光染料分子為熒光素鈉及其衍生物、羅丹明b及其衍生物、cy3、cy5、fam中的至少一種，所述熒光納米顆粒為尺寸在500nm以下的熒光材料，包括量子點、碳點、金簇、銀簇、上轉(zhuǎn)換粒子、熒光聚苯乙烯球、熒光二氧化硅球中的至少一種。

15、優(yōu)選的，所述高分子長鏈修飾的硅烷化試劑為mpeg-硅烷，其高分子長鏈的分子量為5kda，質(zhì)量濃度為2.5%～20%，處理時間為5分鐘～20分鐘；所述熒光染料分子為羅丹明b，所述熒光納米顆粒為量子點。

16、所述步驟2中，待預聚體即將固化成膜時的加熱固化時間為10～12分鐘；所述步驟3中，繼續(xù)加熱至預聚體完全固化時的加熱時間為18～20分鐘。

17、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的制備方法簡單可靠，可靈活控制透鏡陣列的大小，不需要模板陣列，避免了光刻或注塑過程；另一方面，本發(fā)明以高折光率的固態(tài)微球形成透鏡，增強了透鏡對熒光物質(zhì)的熒光激發(fā)效率和熒光收集效率，與低倍和低數(shù)值孔徑的干鏡組合，獲取到了單顆粒水平的熒光影像。

技術特征：

1.一種集成微球透鏡陣列的柔性熒光增強薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述集成微球透鏡陣列的柔性熒光增強薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟1中，所述固態(tài)微球為聚苯乙烯、二氧化鈦、鈦酸鋇、二氧化硅中的一種，所述固態(tài)微球的折光率為1.5～2.5，所述固態(tài)微球的尺寸為5～500微米。

3.根據(jù)權利要求1所述集成微球透鏡陣列的柔性熒光增強薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟2中，所述聚二甲基硅氧烷的單體與引發(fā)劑的體積比為0.2～10，所述塑料膠片的材質(zhì)為聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯中的一種，所述預聚體的涂布厚度為0.2～5毫米，所述加熱固化的溫度為40～100℃。

4.根據(jù)權利要求1所述集成微球透鏡陣列的柔性熒光增強薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟4中，所述抗吸附處理的試劑為高分子長鏈修飾的硅烷化試劑，其質(zhì)量濃度在0.5%～20%，處理時間為1分鐘～60分鐘。

5.根據(jù)權利要求4所述集成微球透鏡陣列的柔性熒光增強薄膜的制備方法，其特征在于，所述高分子長鏈為聚乙烯醇、聚乙二醇單甲醚、葡聚糖中的至少一種，其分子量在1kda～500kda之間。

6.根據(jù)權利要求1所述集成微球透鏡陣列的柔性熒光增強薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟4中，所述熒光染料分子為熒光素鈉及其衍生物、羅丹明b及其衍生物、cy3、cy5、fam中的至少一種，所述熒光納米顆粒為尺寸在500nm以下的熒光材料，包括量子點、碳點、金簇、銀簇、上轉(zhuǎn)換粒子、熒光聚苯乙烯球、熒光二氧化硅球中的至少一種。

7.根據(jù)權利要求1所述集成微球透鏡陣列的柔性熒光增強薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟2中，待預聚體即將固化成膜時的加熱固化時間為10～12分鐘；所述步驟3中，繼續(xù)加熱至預聚體完全固化時的加熱時間為18～20分鐘。

技術總結
本發(fā)明提出了一種集成微球透鏡陣列的柔性熒光增強薄膜的制備方法，包括以下步驟：固態(tài)微球的懸浮液滴加至固態(tài)基板表面，吸走液體，微球自組裝形成陣列結構；將聚二甲基硅氧烷的單體與引發(fā)劑混合均勻，形成預聚體；在塑料膠片表面涂布預聚體，加熱固化；待預聚體即將固化成膜時，將基板覆蓋于薄膜表面，繼續(xù)加熱，除去基板和塑料膠片，形成集成微透鏡陣列的柔性PDMS薄膜。本發(fā)明簡單、可靠，可靈活控制透鏡陣列的大小，不需要模板陣列，避免了光刻或注塑過程；另一方面，本發(fā)明以高折光率的固態(tài)微球形成透鏡，增強了透鏡對熒光物質(zhì)的熒光激發(fā)效率和熒光收集效率，與低倍和低數(shù)值孔徑的干鏡組合，獲取到了單顆粒水平的熒光影像。

技術研發(fā)人員：蓋宏偉,楊曉曉,張清泉
受保護的技術使用者：江蘇師范大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6