一种仿生型高长径比纤毛的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种仿生型高长径比纤毛的制备方法，属于结构仿生材料技术领域。受苍蝇翅膀纤毛表面低表面能的启发，通过纤毛的低表面能使高长径比纤毛结构容易脱模。利用二次倒模方法制备了高长径比微纤毛结构。一次倒模过程中，单个类针状物的可抽出性大大减少子模具的破坏性以及降低了取模的力度。类针状物可倾斜、形状大小可变，增加了纤毛的多样性。二次倒模过程中，子模具的破坏保证了纤毛结构的完整性，降温减少了模具与纤毛间的摩擦力。利用上述方法制备纤毛结构，其长径比仅受所使用的针状物长径比的限制，摆脱了传统制备方式的局限性，解决了无损制备高长径比微纤毛结构的难题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生型高长径比纤毛的制备方法


[0001]本专利技术属于表面结构的制备方法，结构仿生材料
具体涉及一种仿生型高长径比纤毛制备方法。

技术介绍

[0002]在自然界中，纤毛经常被观察到并有许多应用。例如，人体的初级纤毛可以作为嗅觉、视觉和疾病的传感器。壁虎脚上的刚毛利用范德华力增强干燥粘附力。运动纤毛被广泛认为是促动器，例如在人类气管和肺中发现的纤毛有助于清除呼吸道的粘液和灰尘。耳蜗、内耳有静止的纤毛，感知声音和重力。活动纤毛排列在输卵管内壁，将卵细胞运送到子宫。珊瑚上发现的用于屏蔽污垢生物的纤毛。草履虫(一种水生微生物)的外表面覆盖着运动纤毛，起着驱动生物通过水中的作用。一些海洋悬浮微生物的口部有纤毛生长，有利于摄食。研究人员一直在探索人工纤毛的应用领域，如微型机器人、微传感器、光、液滴/粒子操纵自清洁/ 防污表面、微流体混合、微流控泵作为微流控器件、集成片上执行器。
[0003]然而，针对这种高长径比纤毛的制备，依旧存在着许多难以解决的问题。该问题属于世界性难题。国内外的纤毛制备及发展现状如下：
[0004]1、直接制备方法
[0005]主要通过自下而上和自上而下的方法直接组装或者堆叠得到高长径比纤毛结构。
[0006](1)自下而上的方式主要包括：3D打印，晶体生长，力场自组装、电场辅助自组装，静电自组装，磁场自组装，流体自组装等方式。这些自组装方法成功率较低，且生产的规格较为单一，难以组装成柔性结构，且在外界条件下容易遭到破坏。
[0007](2)自下而上的方法主要包括放电等离子烧结(SPS)、X射线直写、紫外光刻、热坍塌成型、金刚石磨削、电化学腐蚀、等离子体刻蚀(MEMS)、光刻蚀等。这些制备方法虽然可以制备出高长径比高精度纤毛，但是条件苛刻，设备材料昂贵、污染环境、且难以制备出柔性纤毛。
[0008]2、间接制备方法
[0009](1)间接制备方法主要包括倒模技术，传统的倒模技术需要在倒模前进行氟化处理，降低表面能，但氟化物对环境和人体都有危害。
[0010](2)喷涂倒模剂(包括聚乙烯醇类、烯酸类、纤维素衍生物类、壳聚糖、白芨胶粉等) 是一种目前使用较为广泛的材料，但由于成本低、效果好，目前应用十分广泛，这些方法多为一次性产品，难以多次使用，由于两模具之间成膜，降低了复制结构的精度。
[0011]以上的方法虽然能够解决高长径比纤毛制备的问题，但是不同程度的存在一些成本、环境污染以及精度降低的问题。

技术实现思路

[0012]受苍蝇翅膀纤毛表面低表面能的启发，通过纤毛的低表面能使高长径比纤毛结构容易脱模。本专利技术提出了一种仿生型高长径比纤毛的制备方法：
[0013]1)制备具有长径比的针状物阵列母版；
[0014]2)用可液固转化的材料制备子版孔模具；
[0015]3)制备具有高长径比的纤毛结构；
[0016]步骤1)的具体方法如下：将高长径比的针状物组装在具有阵列孔结构的面板上，得到具有高长径比的针状物阵列母版；
[0017]优选阵列孔结构的面板具有上下两层，且二者之间设置可控制板间距的装置；
[0018]所述的针状物包括：大头针、高长径比圆锥体、高长径比螺旋针状物和长方体；
[0019]具有阵列孔结构的面板的材质优选金属、玻璃、木材、硅胶、塑料。
[0020]步骤2)的具体方法如下：将液固转化的材料A在流体状态下浇筑在具有可控长径比的针状物阵列母版上，液固转化的材料A转化为固态后将液固转化的材料A与母版分离，得到子版孔模具；
[0021]液固转化的材料A与母版分离时可以采用分区域抽出或者单独抽出针状物的方式，以降低母版与子版之间的粘附力。
[0022]步骤3)的具体方法如下：将子版孔模具水平放置，将液固转化的材料B在流体态下浇筑在子版孔模具上，液固转化的材料B转化为固态后将液固转化的材料B与子版孔模具分离，得到具有高长径比的纤毛结构，所述的液固转化的材料B由流体转化为固态的温度低于或等于液固转化的材料A。
[0023]优选地，液固转化的材料B和液固转化的材料A之间至少有一个为柔性材料。
[0024]液固转化的材料A包括形状记忆材料、水、树脂材料，通过加热、冷却、光照方式由流体转化为固态。
[0025]优选地，液固转化的材料B为聚二甲氧基硅氧烷类、环氧树脂，通过加入固化剂方式由流体转化为固态。
[0026]步骤3)将液固转化的材料B与子版孔模具分离的方式包括：直接拔出，或使子版孔模具的液固转化的材料A转化为流体状态后取出。
[0027]本专利技术高长径比纤毛制备的原理在于可通过单独抽出类针状物的方式降低母版与子模具之间的粘附力，不同材料的收缩率不同降低材料间的黏附作用，以及破坏子模具，使得类针状物能够完整的复制。此外，制备的母版是造成纤毛多样性的根本原因，可大规模制造、绿色无污染、操作简单便捷、可重复使用、价格低廉等都是本专利技术高长径比纤毛制备显著特征。本专利技术与现有技术相比具有以下优点:
[0028](1)在制备过程中，通过调节类针状物高度以及孔板之间的距离可实现微纤毛长径比按需调控。
[0029](2)子模具完整度高：母版中单个针状物的可插拔特性避免了传统脱模过程中，粘附力过大造成子模具破坏的问题，保证了子模具的完整性。
[0030](3)子模具易于制备可反复使用。
[0031](4)纤毛结构可与底面倾斜一定角度：通过调整面板孔形貌，使高长径比类针状物具有一定的角度倾斜。
[0032](5)纤毛形态可按需调整：可选择不同粗细，不同截面形貌以及不同长度的纤毛与面板组装，最终得到多种形态的阵列纤毛结构。
[0033](6)纤毛易脱模：由于子版和高长径比纤毛的材质不同，可以通过不同收缩率降低
材料间的黏附作用。
[0034](7)纤毛尺寸小：可制备的高长径比纤毛尺寸远小于传统制备方法，其尺寸仅受针状物的限制；最大径向长度<10mm，长径比在0
‑
1000之间。
[0035](8)绿色无污染：在使用过程中，不使用氟化物等提高脱模效率的物质，减少了对环境的污染；
[0036](9)可大规模制造：该方法技术要求低，可大规模制造具有纤毛结构的表面。
[0037](10)母版类针状物可按需更换，针状物阵列可按需调整排列形式。
[0038](11)用途广泛：可应用于防污、防黏附、自清洁、抓取物体、降低冲击、锁扣扣合，甚至向智能化材料发展。
附图说明
[0039]图1本专利技术制备过程示意图。
[0040]图2可控长径比的母版展示图
[0041]图3孔母板的展示图。
[0042]图4为制备出的高长径比的纤毛成品展示图
[0043]图5为赋予纤毛磁性功能后的纤毛摆动图
具体实施方式
[0044]以下采用具体实施例的形式结合附图对本专利技术所采用的技术方案做进一步的解释和说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生型高长径比纤毛的制备方法，其特征在于，该方法的步骤如下：1)制备具有长径比的针状物阵列母版；2)用可液固转化的材料制备子版孔模具；3)制备具有高长径比的纤毛结构；步骤2)的具体方法如下：将液固转化的材料A在流体状态下浇筑在具有可控长径比的针状物阵列母版上，液固转化的材料A转化为固态后将液固转化的材料A与母版分离，得到子版孔模具；液固转化的材料A与母版分离时可以采用分区域抽出或者单独抽出针状物的方式，以降低母版与子版之间的粘附力；步骤3)的具体方法如下：将子版孔模具水平放置，将液固转化的材料B在流体态下浇筑在子版孔模具上，液固转化的材料B转化为固态后将液固转化的材料B与子版孔模具分离，得到具有高长径比的纤毛结构，所述的液固转化的材料B由流体转化为固态的温度低于或等于液固转化的材料A。2.根据权利要求1所述的一种仿生型高长径比纤毛的制备方法，其特征在于，步骤1)的具体方法如下：将高长径比的针状物组装在具有阵列孔结构的面板上，得到具有高长径比的针状物阵列母版。3.根据权利要求2所述的一种仿生型高长径比纤毛的制备方法，其特征在于，阵列孔结构的面板具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵杰，权紫荆，窦海旭，田丽梅，范勇，王莉，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：