本文關(guān)鍵詞： 微加工 膠體刻蝕技術(shù) 有序微納結(jié)構(gòu) 超疏油 各向異性 聚合物刷 生物分子圖案 傳感檢測(cè) 可控粘附　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：近幾十年來,隨著研究人員對(duì)有序微納結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出來的非凡性能的認(rèn)知不斷加深以及現(xiàn)實(shí)生活中對(duì)有序微納結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用的迫切需求,一系列用于有序微納結(jié)構(gòu)構(gòu)筑的微加工方法,如光刻技術(shù)、電子束刻蝕技術(shù)、納米壓印技術(shù)、微接觸印刷技術(shù)、浸筆刻蝕技術(shù)、膠體刻蝕技術(shù)等被開發(fā)出來,逐漸實(shí)現(xiàn)了以高產(chǎn)量低成本的方式構(gòu)筑大面積的有序微納陣列結(jié)構(gòu),并對(duì)各種結(jié)構(gòu)化表面所具備的特殊性質(zhì)及應(yīng)用進(jìn)行了探究。所制備結(jié)構(gòu)的組成、尺寸、形貌、排布方式等可以通過對(duì)加工過程條件的控制進(jìn)行調(diào)節(jié),從而為結(jié)構(gòu)化表面的實(shí)際應(yīng)用提供了豐富的素材。迄今為止,有序微納結(jié)構(gòu)化表面除可應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的微處理器、顯示器、微分析器、存儲(chǔ)設(shè)備、電路元件等方面外,其在可控粘附領(lǐng)域的應(yīng)用也得到了長足的發(fā)展,與此同時(shí),微納結(jié)構(gòu)構(gòu)筑技術(shù)的進(jìn)步及有序微納結(jié)構(gòu)應(yīng)用范疇的進(jìn)一步拓寬也為探討在微觀和介觀尺度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的化學(xué)、物理和生物現(xiàn)象提供了機(jī)遇,并且促進(jìn)了不同學(xué)科之間的交叉和融合。本論文中,我們以膠體刻蝕技術(shù)和光刻技術(shù)為基本加工手段,通過對(duì)加工工藝及結(jié)構(gòu)(形貌、參數(shù)、材料組成)進(jìn)行設(shè)計(jì),構(gòu)建具有新型有序微納結(jié)構(gòu)的圖案化表面,并通過后修飾的方式實(shí)現(xiàn)表面的功能化及智能化集成,進(jìn)而對(duì)所制備的新型微納結(jié)構(gòu)在超疏浸潤、生物粘附、傳感檢測(cè)等可控粘附領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行探究。在第二章中,我們利用膠體刻蝕和反應(yīng)性離子刻蝕技術(shù)構(gòu)建了一種新型的倒角圓柱陣列(CNCAs)結(jié)構(gòu),為構(gòu)建圖案化或結(jié)構(gòu)化的表面提供了一種新型的構(gòu)筑基元。隨后借助于材料的易修飾性質(zhì),通過利用羥基,或具有特殊兩親性的其他分子對(duì)表面進(jìn)行后修飾實(shí)現(xiàn)了液滴在cncas表面發(fā)生浸潤行為的調(diào)節(jié),即實(shí)現(xiàn)了水的浸潤行為從超親水到超疏水,而油的浸潤從超疏油到親油狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。進(jìn)一步利用聚n-異丙基丙烯酰胺(pnipaam)對(duì)cncas進(jìn)行功能化時(shí),復(fù)合的pnipaam-g-cncas結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出超疏油性質(zhì),通過溫度調(diào)控實(shí)現(xiàn)了油的浸潤行為在超疏油狀態(tài)和親油狀態(tài)之間進(jìn)行可逆轉(zhuǎn)變,并且在親油狀態(tài)時(shí)油滴表現(xiàn)出各向異性浸潤行為。此外,通過不對(duì)稱修飾的方法,我們以cncas為基礎(chǔ)構(gòu)建了化學(xué)-物理雙異質(zhì)陣列表面,這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有雙疏浸潤性質(zhì)且保持了誘導(dǎo)液滴各向異性浸潤的能力。我們所制備這種新型的硅基倒角圓柱陣列實(shí)現(xiàn)了同一基底上的各向異性浸潤和超浸潤的整合。在第三章中,我們利用一步膠體刻蝕的方法成功的在柔性聚合物基底上構(gòu)建了高長徑比的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)納米錐陣列,并將這種納米錐陣列結(jié)構(gòu)用作水下超疏油表面。通過調(diào)控刻蝕條件,可以容易的實(shí)現(xiàn)具有不同長徑比和特征性水下油浸潤性的大面積pet納米錐陣列的制備,所得到的納米錐陣列的最大的長徑比可達(dá)6,同時(shí)該結(jié)構(gòu)化表面可表現(xiàn)出對(duì)水面下油滴的超疏浸潤性質(zhì),其水下油接觸角最大可達(dá)到171.8°。當(dāng)以此種pet納米錐陣列作為細(xì)胞體外培養(yǎng)基底時(shí),該種結(jié)構(gòu)化表面表現(xiàn)出抗生物粘附性質(zhì),且能有效的抑制用以維持細(xì)胞形態(tài)的細(xì)胞肌動(dòng)蛋白骨架結(jié)構(gòu)的形成。此外,我們將pet納米錐陣列用溫度響應(yīng)性的pnipaam進(jìn)行修飾可實(shí)現(xiàn)油在該表面上浸潤行為的溫度調(diào)控,隨著測(cè)試溫度的變化,水下油滴在復(fù)合結(jié)構(gòu)表面可發(fā)生超疏油與親油狀態(tài)的可逆轉(zhuǎn)變,實(shí)現(xiàn)了基于柔性材料基底的可調(diào)浸潤性表面的制備。在第四章中,我們開發(fā)了一種通過聚合物刷橢圓環(huán)陣列的介導(dǎo)構(gòu)筑具有可控特征參數(shù)蛋白質(zhì)圖案的方法。首先,我們利用膠體晶體輔助壓印、去潤濕,反應(yīng)性離子刻蝕,atrp聚合等方法制備得到了具有規(guī)整結(jié)構(gòu)的聚合物刷橢圓環(huán)陣列,并通過調(diào)節(jié)刻蝕時(shí)間、聚合時(shí)間、所用起始膠體模板尺寸等方式對(duì)聚合物刷橢圓環(huán)陣列的特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)節(jié)。而后,利用聚合物側(cè)鏈羥基與蛋白質(zhì)分子上的氨基基團(tuán)之間的偶聯(lián)反應(yīng),通過將蛋白質(zhì)向聚合物刷共價(jià)接枝的方式制備得到了具有不同長徑比和特征尺寸的蛋白質(zhì)橢圓環(huán)陣列。這種共價(jià)接枝的方法可有效的避免利用吸附過程制備蛋白質(zhì)圖案中發(fā)生的蛋白質(zhì)解折疊和部分失活現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí),將所制備的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白(纖維黏連蛋白)陣列作為基底進(jìn)行細(xì)胞體外培養(yǎng),我們探討了基底結(jié)構(gòu)的非完全對(duì)稱性對(duì)于細(xì)胞體外培養(yǎng)中的粘附行為和肌動(dòng)蛋白骨架形成的影響。在第五章中,我們開發(fā)了一種簡便,低能耗的方法利用聚甲基丙烯酸羥乙酯(phema)刷陣列來構(gòu)建單鏈dna納米錐陣列和多級(jí)dna圖案。通過調(diào)控膠體刻蝕所用膠體晶體掩版的尺寸以及刻蝕時(shí)間,我們制備得到了具有不同形貌和周期的phema刷納米錐陣列。而結(jié)合膠體刻蝕和光刻兩種方法,我們還實(shí)現(xiàn)了集成有微米尺度和納米尺度結(jié)構(gòu)的多級(jí)圖案的制備。將氨基修飾的單鏈dna(ssdna)向聚合物刷側(cè)鏈共價(jià)接枝,我們很容易地制備了具有特征形貌的dna納米錐陣列和多級(jí)圖案,同時(shí)我們對(duì)各步的接枝過程利用afm進(jìn)行了跟蹤,確認(rèn)了dna接枝及雜化過程結(jié)構(gòu)的變化。此外,共價(jià)接枝的dna鏈維持了其結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的特異性,使得制備的ssdna納米錐陣列可用于對(duì)targetdna的傳感檢測(cè),檢測(cè)限可達(dá)到1.65nm。最后,借助于微流體思想的引入,我們還實(shí)現(xiàn)了可用于構(gòu)建快速、可視化、多組分DNA傳感器的多級(jí)-多組分的DNA圖案的制備。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB383;O631.1

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