CN102502474A - 非平面微米和亚微米微针阵列及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非平面微米和亚微米微针阵列及其制备方法，该微米和亚微米微针阵列由直径200nm到1000微米的微针平行排列组成，微针阵列的尖端组成的曲面可以为凸面、凹面、沟槽、孔洞，或其任意组合，微针的材料为石英玻璃、钠钙硅玻璃、硼酸盐玻璃等玻璃。其制备方法包括以下步骤：（1）根据专利ZL200710134575.2的方法获得纤维和聚合物复合结构，并将其切成短柱状；（2）将短柱的端面处理为凸面、凹面、沟槽、孔洞，或其任意组合；（3）将上述样品放入HF酸腐蚀溶液中腐蚀10秒～72小时，形成针状阵列结构；（4）去除填充的聚合物，即得非平面微米和亚微米微针阵列。本发明结构新颖，可在探测、传感、光学、生物医药等领域获得应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米和微米微结构材料的制备方法，特别是一种非平面微米和亚微米微针阵列的制备方法。
背景技术
非平面微米和亚微米微针阵列的制备是一项具有重要应用背景的技术。由于其微针阵列之间存在孔隙，且微针阵列的尖端不在同一个平面上，这种特殊的形貌和结构特征赋予了其特殊的功能和应用。例如，由凹面型的微米和亚微米微针阵列，即其尖端组成了一个凹面，经过聚二甲基硅氧烷表面处理后，则形成了一个超疏水的凹面，可以研究限制在表面的液体的运动；沟槽型的微米和亚微米微针阵列，经过聚二甲基硅氧烷表面处理后则可以控制液体的超疏水流动。由于当前的微米针阵列制备主要依赖于微加工技术，如反应离子束刻蚀、光刻等，因而制备成本极高，这极大地限制了其应用领域和范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备成本低的非平面微米和亚微米微针阵列。本发明的另一目的是提供该非平面微米和亚微米微针阵列的制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
非平面微米和亚微米微针阵列，该阵列由直径200nm到1000微米的微针平行排列组成；所述微针的尖端不在同一个平面上，微针的材料为石英玻璃、钠钙硅玻璃或硼酸盐玻璃。
本发明所述的非平面微米和亚微米微针阵列的制备方法，包括以下步骤：
（1）先通过自组装技术组装微米、亚微米纤维，获得排列规整的纤维束；然后将纤维束填充体积比为0.1～0.6的聚合物，获得纤维和聚合物复合结构，再将其切成短柱状；
（2）通过切削、研磨、压印、打磨，或以上方法任意组合将短柱的端面处理为凸面、凹面、沟槽、孔洞，或其任意组合；
（3）将上述样品放入浓度为0.01～40%的HF酸腐蚀溶液中，在10～90℃温度下，腐蚀10秒～72小时，形成针状阵列结构；
（4）通过煅烧、溶剂浸泡，或以上方法任意组合去除填充的聚合物，即得非平面微米和亚微米微针阵列。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）可获得新型的非平面微米和亚微米微针阵列；（2）成本低廉，无需大型仪器，工艺简单可靠。
附图说明
图1是本发明实施例2中制备非平面微米和亚微米微针阵列的方法的示意图。其中，步骤a)为将短柱的端面处理为凹面；步骤b)为腐蚀制备微针；步骤c)为去除填充聚合物后的凹面微米和亚微米微针阵列。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
实施例中纤维和聚合物复合结构根据专利ZL200710134575.2的方法获得。
实施例1：将直径200nm的石英玻璃纤维与聚甲基丙烯酸甲酯复合结构切成短柱状，通过切削的方法将短柱的端面处理为凸面，放入浓度为40%的HF酸腐蚀溶液中，90℃温度下，腐蚀10秒，形成针状阵列结构，通过三氯甲烷浸泡去除聚甲基丙烯酸甲酯，即得凸面微米和亚微米微针阵列。
实施例2：将直径3um的钠钙硅玻璃纤维与聚苯乙烯复合结构切成短柱状，通过研磨的方法将短柱的端面处理为凹面，放入浓度为20%的HF酸腐蚀溶液中，50℃温度下，腐蚀2小时，形成针状阵列结构，通过甲苯浸泡去除聚苯乙烯，即得凹面微米和亚微米微针阵列。
实施例3：将直径1000um的SiO2纤维与松香复合结构切成短柱状，通过打磨的方法将短柱的端面处理为沟槽状，放入浓度为0.01%的HF酸腐蚀溶液中，80℃温度下，腐蚀72小时，形成针状阵列结构，通过乙醇浸泡去除松香，即得沟槽状微米和亚微米微针阵列。
实施例4：将直径8微米的硼酸盐玻璃纤维与松香的复合结构切成短柱状，通过压印的方法将短柱的端面处理为孔洞形，放入浓度为20%的HF酸腐蚀溶液中，10℃温度下，腐蚀4小时，形成针状阵列结构，通过四氢呋喃浸泡去除松香，即得凸面微米和亚微米微针阵列。
实施例5：将直径125um的石英玻璃纤维与聚苯乙烯复合结构切成短柱状，通过切削的方法将短柱的端面处理为凸面，放入浓度为40%的HF酸腐蚀溶液中，30℃温度下，腐蚀6小时，形成针状阵列结构，通过400℃煅烧30分钟去除聚苯乙烯，即得凸面微米和亚微米微针阵列。
Claims (5)
1.非平面微米和亚微米微针阵列，其特征是，该微米和亚微米微针阵列由直径200nm到1000微米的微针平行排列组成；所述微针的尖端不在同一个平面上，微针的材料为石英玻璃、钠钙硅玻璃或硼酸盐玻璃。
2.根据权利要求1所述的非平面微米和亚微米微针阵列，其特征是，所述微针的尖端不在同一个平面上而形成的曲面为凸面、凹面、沟槽、孔洞，或其任意组合。
3.如权利要求1所述非平面微米和亚微米微针阵列的制备方法，其特征是，所述的制备方法包括以下步骤：
（1）先通过自组装技术组装微米、亚微米纤维，获得排列规整的纤维束；然后将纤维束填充体积比为0.1～0.6的聚合物，获得纤维和聚合物复合结构，再将其切成短柱状；
（2）通过合适的方法将短柱的端面处理为凸面、凹面、沟槽、孔洞，或其任意组合；
（3）将上述样品放入浓度为0.01～40%的HF酸腐蚀溶液中，在10～90℃温度下，腐蚀10秒～72小时，形成针状阵列结构；
（4）通过适当的方法去除填充的聚合物，即得非平面微米和亚微米微针阵列。
4.根据权利要求3所述的非平面微米和亚微米微针阵列的制备方法，其特征在于在步骤（2）中，所述的合适的方法为切削、研磨、压印、打磨，或以上方法任意组合。
5.根据权利要求3所述的非平面微米和亚微米微针阵列的制备方法，其特征在于在步骤（4）中，所述的适当的方法为煅烧、溶剂浸泡，或以上方法任意组合。
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