一种类金刚石微管及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及三维结构材料技术领域，尤其涉及一种类金刚石微管及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在癌症治疗、组织工程学、基础细胞研究等领域，采用微米结构或纳米结构对生物细胞进行调节和控制具有非常重要的意义。目前以微阵列、微槽等为生长环境已获得了广泛的研究。然而，微阵列、微槽等仅能提供二维结构的环境来对细胞生长进行调控。但由于生物细胞对环境的敏感性，生物细胞在生物体三维环境内往往与在二维环境内存在较大差异。已有研究报道，一种神经细胞在三维基底上的遗传信息表达与二维基底上的遗传信息不同。因此，合成三维结构来进行细胞调节尤为重要。在各种三维结构中，微米管结构类似生物体内血管，能够更好的模拟细胞在生物体内的生长行为。然而，由于细胞体积较小，而难以制备与细胞体积相当的微管结构。
[0003]类金刚石碳膜具有良好的细胞相容性、血液相容性及弹性、化学惰性等特点，是一种很有应用前景的生物材料。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，确有必要提供一种可调节微管直径和厚度的类金刚石微管及其制备方法。
[0005]本发明提供一种类金刚石微管的制备方法，其包括以下步骤:
[0006]⑴提供一基底，并对所述基底进行表面刻蚀处理；
[0007]⑵采用磁控溅射与线性离子束共沉积法于刻蚀后的基底的表面沉积金属掺杂类金刚石碳膜；
[0008]⑶将沉积有金属掺杂类金刚石碳膜的基底置于酸性溶液中浸泡一段时间，使得所述金属掺杂类金刚石碳膜中的金属被溶解，类金刚石碳膜在压应力的作用下而发生卷曲，得到具有中空结构的类金刚石微管，其中所述金属包括铜、铝、银中的至少一种。
[0009]进一步，在步骤⑴中对所述基底进行表面刻蚀处理具体为将基底置于真空腔体中，开启线性离子源，通入第一惰性气体，同时向所述基底施加50V?300V的脉冲负偏压，而实现对所述基底的刻蚀，其中，线性离子源的工作电流为0.1A?0.5A，所述第一惰性气体的通入流量为20sccm?50sccm，刻蚀时间为2分钟?10分钟。
[0010]进一步，在步骤⑵中所述磁控溅射与线性离子束共沉积法具体为同时开启线性离子源和磁控溅射源，磁控溅射源为金属靶，向线性离子源通入碳氢气体，向磁控溅射源通入第二惰性气体，同时向所述基底施加100V?300V的脉冲负偏压。
[0011]进一步，在步骤⑵中所述碳氢气体为乙炔或甲烷，所述碳氢气体的通入流量为15sccm?50sccmo
[0012]进一步，在步骤⑵中所述第二惰性气体为氩气，所述第二惰性气体的通入流量为15sccm?80sccmo
[0013]进一步，在步骤⑵中所述线性离子源的工作电流为0.1A?0.5A，线性离子源的工作功率为100W?1000W，所述磁控溅射源的工作电流为1Α?5Α，磁控溅射源的工作功率为300W ?3000W。
[0014]进一步，在步骤⑵中沉积的时间为5分钟?180分钟。
[0015]进一步，步骤⑵中所述金属掺杂类金刚石碳膜中金属的原子百分比为1%?40%。
[0016]进一步，所述酸性溶液为浓硫酸溶液、浓硝酸溶液或盐酸溶液，所述浸泡的时间为2分钟?60分钟。
[0017]本发明还提供一种采用上述制备方法得到的类金刚石微管，所述类金刚石微管为一具有中空空间的筒状结构，所述类金刚石微管的直径为0.5微米?20微米，所述类金刚石微管的厚度为0.1微米?5微米。
[0018]与现有技术相比较，本发明提供的类金刚石微管及其制备方法具有以下优点:第一，首先通过向类金刚石碳膜掺杂金属，可以降低类金刚石碳膜在沉积过程中的压应力，然后在用酸性溶液溶解金属之后，金属原子的原来沉积位置会变成孔洞，从而分散了类金刚石碳膜的压应力，此时类金刚石碳膜的表面不会产生裂纹，而是在压应力的作用下会发生卷曲，形成筒状的类金刚石微管;第二，可通过调节磁控溅射源的工作电流，来调控金属原子在类金刚石碳膜的掺杂量，进而影响压应力的大小，最终实现对类金刚石微管的直径的调节;第三，可通过调节沉积的时间，来调控类金刚石碳膜的厚度，最终实现对类金刚石微管的厚度的调节。本制备方法简单易行，易于操作，适合产业化。得到的所述类金刚石微管的直径和厚度为微米级，并且可通过磁控溅射源的工作电流以及沉积时间来调控，该类金刚石微管具有较好的应用前景。
【附图说明】
[0019]图1为实施例1得到的类金刚石微管的扫描电镜照片。
[0020]如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0021 ]以下将对本发明提供的类金刚石微管及其制备方法作进一步说明。
[0022]本发明提供一种类金刚石微管的制备方法，其包括以下步骤:
[0023]S1，提供一基底，并对所述基底进行表面刻蚀处理；
[0024]S2，采用磁控溅射与线性离子束共沉积法于刻蚀后的基底的表面沉积金属掺杂类金刚石碳膜；以及
[0025]S3，将沉积有金属掺杂类金刚石碳膜的基底置于酸性溶液中浸泡一段时间，使得所述金属掺杂类金刚石碳膜中的金属被溶解，类金刚石碳膜在压应力的作用下而发生卷曲，得到具有中空结构的类金刚石微管。
[0026]在步骤S1中，通过对基底进行表面刻蚀处理，使得所述基底的表面清洁。所述基底的材料可为硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯(简称PET)、聚丙烯(简称PP)、玻璃等。
[0027]对所述基底进行表面刻蚀处理具体为将基底置于真空腔体中，开启线性离子源，通入第一惰性气体，同时向所述基底施加50V?300V(的脉冲负偏压，而实现对所述基底的刻蚀。其中，线性离子源的工作电流为0.1A?0.5A。所述第一惰性气体的通入流量为20standard-state cubic centimeter per minute(简称seem)?50sccm。刻蚀时间为2分钟?10分钟。所述第一惰性气体可为氩气。
[0028]在步骤S2中，通过磁控溅射与线性离子束共沉积法可实现在碳原子沉积的同时金属原子也沉积，从而得到金属掺杂类金刚石碳膜。通过向类金刚石碳膜掺杂金属原子，可以降低类金刚石碳膜在沉积过程中的压应力。所述金属原子为铜、铝、银，这是因为上述金属不能与碳原子形成碳化物相，仍以金属形式弥散分布于类金刚石碳膜中。
[0029]所述磁控溅射与线性离子束共沉积法具体为同时开启线性离子源和磁控溅射源，磁控溅射源为金属铜靶，向线性离子源通入碳氢气体，向磁控溅射源通入第二惰性气体，同时向所述基底施加100V?300V的脉冲负偏压。所述碳氢气体为乙炔或甲烷，所述碳氢气体的通入流量为15SCCm?50SCCm。所述第二惰性气体为氩气。所述第二惰性气体的通入流量为15sccm?80sccm。所述第二惰性气体可为氩气。优选的，所述第二惰性气体与第一惰性气体相同。
[0030]所述线性离子源的工作电流为0.1A?0.5A，工作功率为100W?1000W。优选的，所述线性离子源的工作电流为0.1A?0.3A，工作功率为100W?500W。
[0031]所述磁控溅射源的工作电流为1A?5A，工作功率为300W?3000W。优选的，所述磁控溅射源的工作电流为2A?3A，工作功率为600W?1500W，以使金属的掺杂量维持在较佳的范围内，进而使所述类金刚石微管的直径在10微米内。
[0032]所述沉积的时间为5分钟?180分钟。优选的，所述沉积的时间为20分钟?60分钟。
[0033]所述金属掺杂类金刚石碳膜中金属的原子百分比为1%?40%。优选的，所述金属掺杂类金刚石碳膜中金属的原子百分比为10%?30%。
[0034]在步骤S3中，通过将沉积有金属掺杂类金刚石碳膜的基底置于酸性溶液中浸泡，酸性溶液中的酸与金属发生反应而使金属溶解，金属原子的原来沉积位置会变成孔洞，从而分散了类金刚石碳膜的压应力，类金刚石碳膜的表面不会产生裂纹，而是会发生卷曲，形成筒状的类金刚石微管。可以理解，所述酸性溶液将金属溶解是指在酸性溶液的作用下金属原子全部或者几乎全部被溶解，而在类金刚石碳膜中几乎不残留金属原子。在这里需要说明的是，该类金刚石微管为通过类金刚石碳膜卷曲得到的筒状结构，该筒状结构的侧壁并非为一完全闭合且连续的侧壁，而是存在一由类金刚石碳膜的两端连接形成的细微的缝隙，这并不影响该类金刚石微管的三维结构以及相关应用。
[0035]所述酸性溶液可为浓硫酸溶液、浓硝酸溶液或盐酸溶液。所述酸性溶液的浓度不限，只要可将金属原子溶解即可。当所述酸性溶液为浓硝酸溶液或浓硫酸溶液时，所述酸性溶液的质量分数为65 %?80 %，优选为65 %?78 %。所述浸泡的时间为2分钟?60分钟。优选的，所述浸泡的时间为5分钟?30分钟。
[0036]本发明还提供一种类金刚石微管。所述类金刚石微管为一具有中空空间的筒状结构。所述类