[发明专利]仿生微纳结构表面的模板制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用天然生物体表面为模板，以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基材的仿生微纳结构表面的模板制备方法，属于材料科学领域。

背景技术

随着材料制备技术的不断发展，利用天然生物表面为模板制备微纳结构表面材料备受研究者关注。同人工合成材料相比，天然生物的表面结构呈现出一些自然的具有某些特殊功能的微纳分级结构构造，这些微纳表面结构是生物通过长期遗传进化而优化发展过来的。自然界在长达5亿年的进化过程中通过无数次淘汰筛选得到的微纳结构是自然留给人类的精华。通过仿生设计新的功能材料已被证明是一种非常重要的手段，而且受到国际上越来越多的研究者的重视；通过仿生可以大大缩短防污微纳结构的设计周期，提高设计成功率；通过仿生研究，对不同的材料进行表面改性，将可能制备和开发具有特殊功能的表面材料(如自清洁、防止海洋生物附着功能等)，更有利于加深对表面现象的认识，扩展材料应用范围及提高材料性能有着重要的理论意义和应用价值。

PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)是一种无色透明的弹性高分子聚合物，具有很强的亲有机性能和疏水性能，同时具有优良的弹性、化学稳定性、耐热耐寒性和耐腐蚀性，无可燃性，无毒无污染，使用安全方便。作为研究海洋防污的微加工技术的基底材料，它显示了非常理想的材料特征：价格便宜、加工制作简单、弹性等机械性能可控、良好的生物兼容性、良好的电绝缘性、对紫外光的良好通透性能以及适宜大规模生产等。但是，PDMS之间存在脱模困难的问题，尽管有文献报道，提出用熏蒸硅油或是三甲基氯硅烷等抗粘连方法，但是也存在操作难度大、重复性不好，仿制精度有限等不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺流程简单，仿制精度高，重复性好，制作费用低，易于实施和规模化生产的仿生微纳结构表面的模板制备方法。

本发明所述的仿生微纳结构表面的模板制备的工艺方法如下：

1.制作聚甲基丙烯酸甲酯负向模板结构，简称PMMA负向模板结构

1.1挑选要仿制的生物体表面，将其浸入丙酮溶剂中超声清洗5min，再浸入纯水中超声清洗5min，取出后晾干待用；

1.2将PMMA放入丙酮溶剂中，配制成15～30％的PMMA丙酮溶液；

1.3将配制好的丙酮溶液均匀的浇注于生物体表面，形成厚度为1～4mm的薄膜，在15℃～25℃温度下静置10～16小时，当丙酮几乎全部挥发后，小心地将浇注形成的PMMA膜和生物体表面分离；

1.4将取下的PMMA膜放入≤50℃烘箱中加热时间为10～20min使其固化。

2.利用PMMA负向模板制作聚二甲基硅氧烷正结构，简称PDMS正结构

2.1配制PDMS预聚体：按照固化剂∶PDMS＝1∶10～1∶18的比例混合均匀，静置一段时间排除预聚体中溶入的空气；

2.2将配制好的PDMS预聚体均匀的浇注于PMMA负向模板上，形成厚度为1～4mm的薄膜，在15℃～25℃温度下静置24小时，使预聚体完全浸入PMMA负向模板中的微结构中；

2.3将静置好的预聚体和模板放入≤80℃的烘箱中加热时间为10～20min使其进一步固化；

2.4取出冷却至室温，将PDMS正结构和PMMA负向模板分离，以原结构为标准在显微镜下检查结构，拍摄扫描电镜照片进行对比。

本发明所述的仿生微纳结构表面的模板制备方法，是利用PMMA和PDMS二次复制的方法来仿制生物体表面微纳结构。

本发明与现有技术相比较具有以下特点：

1.模板材料聚二甲基硅氧烷是一种无色透明的弹性高分子聚合物，具有很强的亲有机性能和疏水性能，同时又具有优良的弹性、化学稳定性、耐热耐寒性和耐腐蚀性；作为研究海洋防污的微加工技术的基底材料，它显示了非常理想的材料特征：无可燃性，无毒无污染，自清洁和防止海洋生物附着等，使用安全方便；

2.模板材料价格便宜、配料工艺方法简单；

3.制备方法简单，成本低；解决了PDMS模具间脱模困难的问题；

4.制备的微纳结构产品的精度高，重现性好；机械性能可控，并且具有良好的生物兼容性和良好的电绝缘性，对紫外光的良好通透性能；

5.负向模板可反复使用，适合大规模生产。

具体实施方式

实施例1.仿制马面鲀鱼鱼皮表面的微纳结构

1.制作PMMA负向模板结构