[发明专利]一种利用扩散反应在微通道内壁图案化的方法

说明书

本发明公开了一种利用扩散反应在微通道内壁图案化的方法，首先，利用铜丝型芯构建出内径为135至720μm的PDMS微通道；然后，先后向该PDMS微通道内注射苯胺单体和盐酸溶液，利用扩散反应在该PDMS微通道表面的内部生成一层盐酸苯胺薄膜；最后，用蒸馏水诱导PDMS微通道的内壁上形成形貌精细可控的盐酸苯胺皱纹结构；其中，通过调节PDMS预聚体与交联剂的质量配比和盐酸溶液的溶度控制PDMS微通道内壁的皱纹形貌的周期。本发明利用简单快捷的制备方法，在PDMS微通道内壁构建了具有皱纹结构的图案化的盐酸苯胺膜层，避免了传统光刻法和模板法无法在在微通道内部构筑形貌，涂覆法、真空蒸镀法、旋涂法等无法在微通道内壁构筑均一膜层的弊端。

技术领域

本发明涉及一种在微通道内壁构建图案化结构的方法，特别是一种利用扩散反应在PDMS微通道内壁构建皱纹形貌的方法。

背景技术

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种具有优异光学透明性、柔韧性、良好力学性能、生物相容性以及价格低廉的热固性弹性体，被广泛应用在光学部件、机械结构部件、电子电器和生物医药等领域。此外，PDMS由于无毒无害、良好的化学惰性以及容易成型制造等特点在生物传感，微流控以及微纳加工制造等领域有着重要的应用价值。在微流控领域，常常需要将PDMS微通道内壁进行图案化修饰来调节内壁对液体的粘附性和亲疏水特性，然而目前利用光刻法或模板复刻法对PDMS微通道内壁进行图案化的技术存在步骤复杂，过程耗时，加工难度大，成本高昂等弊端。与此同时，利用扩散反应技术在材料表界面形成膜层并诱导形成皱纹结构的图案化技术由于其简单易行、适用性广、价格低廉等优势受到了学术界和工业界的重视。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出一种利用扩散反应在微通道内壁图案化的方法。本发明利用简单快捷的制备方法，在PDMS微通道内壁构建了具有均一连续皱纹形貌的图案化表面，从而避免了复杂耗时的操作步骤，昂贵的加工设备，低的效率。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种利用扩散反应在微通道内壁图案化的方法，首先，利用铜丝型芯构建出内径为135至720μm的PDMS微通道；然后，先后向该PDMS微通道内注射苯胺单体和盐酸溶液，利用扩散反应在该PDMS微通道表面的内部生成一层盐酸苯胺薄膜；最后，用蒸馏水诱导PDMS微通道的内壁上形成形貌精细可控的盐酸苯胺皱纹结构；其中，通过调整PDMS的弹性模量和盐酸溶液的溶度控制PDMS微通道内壁的皱纹形貌的周期。

本发明利用扩散反应在微通道内壁图案化的方法，具体步骤如下：

步骤一：按照质量比为10:1至30:1将PDMS预聚体和交联剂混合均匀，真空脱气0.5h，倒入长方体形状的模具中，插入直径为135至720μm的铜丝充当型芯，放进烘箱70℃加热固化4h，将PDMS块从模具中取出，并抽出铜丝，在PDMS块中得到拥有内径为135至720μm的PDMS微通道；

步骤二：配置浓度为1～5mol/L的盐酸溶液；

步骤三：将苯胺单体注射进入步骤一制备的PDMS微通道中并在其中停留30min使得苯胺单体扩散进入PDMS微通道表面的内部，随后将剩余的苯胺单体从PDMS微通道中吸出；

步骤四：将步骤二配置的盐酸溶液注射进入经过步骤三处理的PDMS微通道中并停留30min，使得盐酸溶液扩散进入PDMS微通道表面的内部并和苯胺单体在表面发生反应生成盐酸苯胺膜层，随后将剩余的盐酸溶液从PDMS微通道中吸出；

步骤五：将蒸馏水注射进入经过步骤四处理的PDMS微通道中，PDMS微通道表面的盐酸苯胺膜层随即表面起皱，从而得到具有皱纹形貌的图案化的PDMS微通道。

进一步讲，本发明利用扩散反应在微通道内壁图案化的方法，步骤一中，预聚体和交联剂采用美国道康宁公司的Sylgard 184。PDMS预聚体和交联剂的质量配比与PDMS块的弹性模量成反比。