一种基于生物表面微结构制备多级结构的方法与流程

本发明涉及高级形貌构筑的制备技术领域。

背景技术：

表界面科学是当今科学发展中的一个新兴领域，而构筑恰当的表面图案是表界面科学技术研究的重点之一，目前现有的对表面加工的方法有激光刻蚀法等，但是这些技术需要大型仪器设备，且不能精确构筑复杂的微纳结构。传统的方法无法得到生物表面复杂的微纳结构，但是，如果能够直接复制生物表面的图案，就可以大大地简化制备流程，从而得到复杂但是精确的多级结构。此外，聚吡咯是被人们认为最有可能运用到生产生活中的导电聚合物，利用表面起皱技术，可以在已有的微结构上构筑更为复杂的表面结构。目前这样的技术已经运用在电子皮肤等领域。近年来，通过复制和模仿生物表面微结构，并在此基础上得到图案化聚吡咯薄膜逐渐引起了人们的关注，因其操作简便且具有一定的可控性而受到越来越多的重视。但在现有的研究中，这种方法还不是特别成熟，所以基于生物表面微结构制备更高级多级结构的方法也成为未来技术发展的一项趋势与热点。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明提供一种基于生物表面微结构制备更高级多级结构的方法。本发明选用新鲜的绿萝叶片为模版材料，弹性材料pdms为基底，在绿萝表面均匀覆盖一定量的pdms，并在室温下固化24h，得到具有绿萝表面微结构的pdms薄膜。在此基础上，用氧等离子体将pdms薄膜处理2min，随后利用化学氧化法，在具有微结构的pdms薄膜表面沉积一层聚吡咯薄膜，最后，用蒸馏水洗尽表面参与的聚吡咯，得到基于生物表面微结构的更高级多级结构。通过调节反应时间，可得到具有不同表面形貌的表面结构。本发明利用简便快捷的操作方式成功实现了短时间内制备基于生物表面微结构制备更高级多级结构，从而避免了复杂繁琐的操作步骤，较长的制备时间与高昂的设备以及实验耗材的损耗。

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于生物表面微结构制备多级结构的方法，包括以下步骤：

步骤一：将新鲜的具有规则表面结构的植物叶片用蒸馏水润洗四遍，并在超声中清洗五分钟，随后取出植物叶片，用空气枪吹干表面多余水份；

步骤二：将pdms预聚体与交联剂按照质量比为10:1混合后，倒入离心管中，搅拌后形成均匀的pdms预聚体与交联剂的混合物；

步骤三：对pdms预聚体与交联剂的混合物进行真空脱气处理1h，在培养皿中放入步骤一清洗后的植物叶片，并使得植物叶片贴紧培养皿的底部；倒入真空脱气处理后的pdms预聚体与交联剂的混合物，并使之在培养皿中均匀地分布并且完全覆盖植物叶片的表面；

步骤四：将培养皿中完全覆盖植物叶片表面的pdms预聚体与交联剂的混合物进行真空脱气处理20min，后在室温下固化24h；

步骤五：将表层的pdms薄膜小心揭下，得到具有植物叶片表面微结构的pdms薄膜，用氧等离子体处理2min；

步骤六：按照浓度为0.1mol/l将吡咯单体溶解在浓度为1mol/l的盐酸中，得到吡咯溶液，超声混匀备用；按照浓度为0.2mol/l将氯化铁溶解在浓度为1mol/l的盐酸中，得到氯化铁溶液，超声混匀备用；

步骤七：将步骤五处理后的具有植物叶片表面微结构的pdms薄膜贴紧在一培养皿的底部，先将制备好的吡咯溶液转移至该培养皿中，放入冰箱中，然后加入配制好的氯化铁溶液，吡咯溶液与氯化铁溶液的体积比为1:1，均匀混合，沉积反应1～2h；

步骤八：反应结束后从冰箱中取出培养皿，倒去上层液体，并用蒸馏水冲洗干净，干燥，所得的沉积过聚吡咯的pdms薄膜具有基于生物表面微结构的多级结构图案。

本发明中，具有规则表面结构的植物叶片至少包括绿萝叶片，荷叶、百合花、含羞草和紫罗兰。

本发明中，通过调节沉积反应时间，从而得到基于生物表面微结构不同表面形貌的多级结构图案。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种可以在短时间内制备基于生物表面微结构的更高级多级结构的方法，通过简单的控制反应时间，可制备出具有不同表面形貌的表面微结构，具有简单、快捷、重复性好等特点，避免了制备过程复杂、设备昂贵、效率低等缺点，在表面疏水材料，微电路的构筑等领域有潜在的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1得到的带有绿萝表面结构的pdms光学显微镜图片；

图2为本发明实施例1得到的沉积1h聚吡咯的具有表面微结构图案的pdms薄膜光学显微镜图片；

图3为本发明实施例1得到的沉积1h聚吡咯的具有表面微结构图案的pdms薄膜扫描电子显微镜图片；

图4为本发明实例2得到的沉积2h聚吡咯的具有表面微结构图案的pdms薄膜光学显微镜图片；

图5为本发明实例2得到的沉积2h聚吡咯的具有表面微结构图案的pdms薄膜扫描电子显微镜图片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

实施例1：一种制备基于生物表面微结构的多级结构的方法，包括以下步骤：

步骤一：将新鲜的绿萝叶片用蒸馏水润洗四遍，并在超声中清洗五分钟，随后取出叶片，用空气枪吹干表面多余水份；

步骤二：将pdms预聚体与交联剂按照质量比为10:1混合后，倒入离心管中，用玻璃棒搅拌20min形成均匀的pdms预聚体与交联剂的混合物；

步骤三：pdms预聚体与交联剂的混合物进行真空脱气处理1h，在方形培养皿中放入绿萝叶片，保证叶片贴紧塑料盒底部。倒入准备好的pdms预聚体与交联剂的混合物，并使之在培养皿中均匀地分布并且完全覆盖绿萝表面；

步骤四：将倒入培养皿中的预聚体与交联剂的混合物进行真空脱气处理20min，后在室温下固化24h；

步骤五：将表层的pdms薄膜小心揭下，得到具有绿萝表面微结构的pdms薄膜，并将pdms薄膜用氧等离子体处理2min；

步骤六：将0.1342g的吡咯单体溶解在20ml的盐酸中得到吡咯溶液，而后将0.6488g的氯化铁溶解在20ml的盐酸中得到氯化铁溶液，并超声混匀；

步骤七：将具有微结构的pdms薄膜贴紧在方形培养皿底部，将制备好的吡咯溶液转移至pdms培养皿中，放入冰箱中(温度在2～5℃)，然后加入配制好的氯化铁溶液，使其均匀混合，沉积反应1h；

步骤八：反应结束后从冰箱中取出培养皿，倒去上层液体，并用蒸馏水冲洗干净，后用洗耳球吹干；

步骤九：将沉积过聚吡咯的pdms薄膜切成矩形(2×1cm)，从而得到基于生物表面微结构的多级结构图案，如图1、图2和图3所示。

实施例2：一种制备基于生物表面微结构的多级结构的方法，实施例2中，除了步骤七与实施例1中的步骤不同，其他步骤均相同。在步骤七中，将反应时间调整为2h，得到的相应材料，如图4和图5所示。

综上，本发明要是通过复制生物表面图案，然后在此基础上通过沉积聚吡咯，原位起皱的方式构筑基于生物表面微结构的更高级多级结构。通过调整不同的反应时间可得到不同表面形貌的多级结构图案，本发明方法克服了之前制备过程复杂，过程可控性差的缺点。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。