本文關(guān)鍵詞：梯度微納有序結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及應(yīng)用研究　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：材料表面微納米級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及其性質(zhì)研究是現(xiàn)階段材料科學(xué)領(lǐng)域的諸多重要研究課題之一。通過開發(fā)不同材質(zhì)材料表面的微納加工技術(shù),人們實(shí)現(xiàn)了材料表面微納結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的多樣化,并將其運(yùn)用到生活中的諸多領(lǐng)域。然而,從理論設(shè)計(jì)到將制備的微納米級(jí)材料最終應(yīng)用到實(shí)際生活中,這一過程總是需要經(jīng)歷不斷的實(shí)驗(yàn)和調(diào)試才能夠達(dá)到材料性能的最優(yōu)化并滿足人類的需要。為了縮短冗長(zhǎng)的調(diào)試過程,梯度材料作為一種用于高通量研究材料表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間關(guān)系的重要手段在近些年中備受研究者們的青睞。由于梯度材料擁有連續(xù)變化的物理結(jié)構(gòu)或者化學(xué)組成,其表面也呈現(xiàn)出連續(xù)變化的相應(yīng)性質(zhì)。得益于上述優(yōu)勢(shì),梯度材料作為一種高通量的模型材料被廣泛應(yīng)用于研究材料結(jié)構(gòu)、組成及性質(zhì)之間的關(guān)系。然而在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中,研究者們發(fā)現(xiàn)為了更加深入和細(xì)致的研究材料與其性質(zhì)之間的關(guān)系,提高微納結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的規(guī)整性和明確性是極其有效的途徑。因此,為了高效地研究材料結(jié)構(gòu)組成與性質(zhì)之間關(guān)系,發(fā)展一個(gè)簡(jiǎn)單有效的可制備多尺寸具有高規(guī)整性梯度材料的方法是非常有意義的。在第二章中,我們首先基于等離子刻蝕機(jī)腔體內(nèi)垂直方向上的刻蝕速率差建立了一種通過傾斜刻蝕制備梯度材料的方法。隨后,通過一個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)對(duì)這種加工方法的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。同時(shí),對(duì)于刻蝕加工過程中不同的加工條件對(duì)于刻蝕結(jié)果所產(chǎn)生的影響進(jìn)行了細(xì)致的研究。在建立了這種傾斜刻蝕的制備方法后,我們將其與光刻技術(shù)相結(jié)合,制備出微米尺度的梯度條帶結(jié)構(gòu)。之后將這種傾斜刻蝕法與傳統(tǒng)的膠體晶體輔助法刻蝕相結(jié)合,發(fā)展了一種構(gòu)筑梯度微納米有序結(jié)構(gòu)的有效方法。以所制備的梯度膠體微球陣列為掩板,我們制備了多種不同形貌和不同材質(zhì)的梯度微納有序結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整制備條件,材料的特征尺寸能夠得到有效地控制。除了制備不同尺寸參數(shù)的梯度材料,我們通過多種技術(shù)相結(jié)合制備出多尺度復(fù)合的微納結(jié)構(gòu)。在第三章中,我們以傾斜刻蝕的方法與膠體晶體輔助刻蝕法相結(jié)合的方法制備出形貌呈梯度變化的硅納米錐陣列。在所制備的梯度硅納米錐表面修飾烷基化試劑后,在空氣中材料表面水的靜態(tài)接觸角、滯后角及滾動(dòng)角沿著材料表面都呈現(xiàn)明顯的梯度變化。當(dāng)我們?cè)诓牧媳砻嫘揎棸被?材料表面水相和油相的浸潤(rùn)行為呈現(xiàn)完全相反的狀態(tài)。這種表面帶有有序微納結(jié)構(gòu)的高通量浸潤(rùn)性材料能夠被用于目標(biāo)浸潤(rùn)材料的高通量篩選,并且基于材料表面明確有序的微納結(jié)構(gòu),材料表面水的理論浸潤(rùn)角及浸潤(rùn)狀態(tài)可以得到系統(tǒng)地分析。由于材料表面結(jié)構(gòu)連續(xù)的梯度變化,當(dāng)使用注射器在樣品表面持續(xù)注入水時(shí),水會(huì)呈單向流動(dòng)狀態(tài)即向更加親水的一端流動(dòng)。此外,材料表面分別修飾疏水和親水基團(tuán)時(shí),表面水的流動(dòng)方向會(huì)發(fā)生完全的轉(zhuǎn)變,基于這種現(xiàn)象我們?cè)谒苽涞臉悠繁砻嫘揎棞囟却碳ろ憫?yīng)的聚合物后,通過控制材料的溫度便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水的流動(dòng)方向的實(shí)時(shí)控制。在第四章中,我們將傾斜刻蝕的方法與金屬氣相沉積的方法相結(jié)合,把梯度引入至一種具有高靈敏度的銀納米井陣列體系中。以所制備的梯度聚苯乙烯微球陣列為氣相沉積掩板,最終我們制備出直徑呈梯度變化的銀納米井陣列。受樣品表面銀微納結(jié)構(gòu)的形貌參數(shù)呈現(xiàn)連續(xù)梯度變化的影響,所制備的梯度有序銀納米井陣列成為了一種擁有連續(xù)梯度變化光譜的等離子體“庫(kù)”。通過調(diào)節(jié)梯度有序銀納米井陣列的晶格間距和孔徑,這種等離子體“庫(kù)”所覆蓋的光譜范圍能夠在不同程度上進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí),所制備的樣品表面不同位置所對(duì)應(yīng)的表面等離子共振(spr)峰都擁有較高的峰高/半峰寬的值。受益于前述的特點(diǎn),通過這種方法所制備的梯度有序銀納米井陣列能夠作為一種精細(xì)等離子體“庫(kù)”。由于所制備的梯度銀米井陣列同時(shí)擁有良好的可調(diào)性、較高的分辨率以及高集成性,其不僅能夠應(yīng)用于光學(xué)材料的高通量篩選同時(shí)能夠作為一種合適的模型去驗(yàn)證spr效應(yīng)對(duì)于表面增強(qiáng)拉曼散射(sers)的增強(qiáng)作用。在第五章中,我們將傾斜刻蝕法與原子轉(zhuǎn)移自由基聚合相結(jié)合,在石英基底表面制備出有序梯度蛋白/聚乙二醇(peg)陣列。隨后,我們?cè)谔荻扔行蚶w維粘連蛋白/peg陣列的表面對(duì)大鼠間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)。由于樣品表面的親疏細(xì)胞基團(tuán)比例的不同,在培養(yǎng)24h后細(xì)胞在其表面的粘附密度呈現(xiàn)明顯的梯度變化。同時(shí),通過掃描電子顯微鏡我們對(duì)基底表面細(xì)胞的整體粘附形貌和偽足形貌進(jìn)行了表征,并對(duì)其在梯度基底表面呈現(xiàn)梯度粘附的原因進(jìn)行了分析。此外,由于基底表面化學(xué)組成的各向異性分布,在樣品表面培養(yǎng)7天后的鼠間充質(zhì)干細(xì)胞的細(xì)胞骨架沿梯度方向呈現(xiàn)出明顯的極化現(xiàn)象。最終,我們對(duì)mc3t3-e1成骨細(xì)胞在我們所制備的樣品表面的動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行了表征,結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在所制備的梯度樣品表面會(huì)發(fā)生明顯的定向遷移行為。因此,這種梯度有序蛋白/PEG陣列在誘導(dǎo)細(xì)胞行為方面有著顯著的效果,同時(shí)由于樣品表面結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的有序性和明確性,對(duì)于樣品所提供的不同的微環(huán)境與其帶來(lái)的細(xì)胞行為之間的關(guān)系能夠得到系統(tǒng)地研究。
[Abstract]:In the second chapter , we have developed a simple and effective method for preparing gradient material by using gradient material as a kind of high - flux model material . On the surface of quartz substrate , an ordered gradient protein / polyethylene glycol ( peg ) array was prepared .

【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)】：TB303

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本文編號(hào)：1390270