用于制备包括三维磁性微结构体的膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于制备包括非磁性基体(3)和根据预定图案布置在所述基体内的多个三维磁性微结构体(20)的膜(4)的方法，其包括以下步骤：提供母基底(1)，其包括由多个磁场微源(10a、10b)形成的磁性结构化面(10)，所述磁场微源(10a、10b)具有102T/m至106T/m的磁场梯度；将磁性微米颗粒或纳米颗粒(2)添加到所述母基底的所述面(10)，所述颗粒在磁场梯度施加的吸引磁泳力作用下聚集成布置在母基底的表面上的三维微结构体(20)；将由非磁性材料制成的基体(30)沉积到母基底的面(10)上，以包封所述布置的微结构体；从母基底剥离所述膜(4)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制备包括三维磁性微结构体的膜的方法
本专利技术涉及用于制备包括非磁性基体和根据预定图案布置在该基体内的多个三维磁性微结构体的膜的方法。
技术介绍
磁泳涉及物体在不均匀磁场作用下的移动。其目前用于处理操作如物体的捕获、分离、混合和运输，所述物体包括例如通过磁性纳米颗粒或微米颗粒功能化的生物物质。作用于磁性颗粒的磁泳力通过以下表达式给出：其中，Mp为颗粒的磁矩，与其体积成比例，为颗粒放置在其中的磁场梯度。根据等式(1)，对放置在均匀磁场中的物体施加的磁力为零，这与磁场的值无关，无论磁场多高。因此，用于产生明显磁力的必要条件之一是磁场梯度的存在，即在空间中局部不均匀的磁场的存在。因此，目的是产生最强的可能磁场梯度，以及在亚毫米尺度产生最强的可能磁场梯度。主要开发用于控制和/或处理铁磁性或超顺磁性的物体的微型装置目前使用微线圈或与外部磁场耦合的软磁材料，可能地联合使用两者。第一种微型装置基于使用通常通过常规微制造技术、如光刻法实施的微线圈。然而，这些微线圈具有三个主要缺点。一方面，产生的磁场受电路的发热限制。事实上，由具有电阻R的线圈产生的磁场直接与流过线圈的电流强度I成比例。在时间t期间，电流强度I的电流在电路中的流动通过焦耳效应(RI2×t)造成发热，这必然导致对电流的限制，从而导致对产生的磁场的限制。举例来说，在具有100μm2横截面的铜导体中的连续电流为10-4A的数量级。这种导体的具有10μm半径的单个线圈的磁场为0.1mT的数量级，最大磁场梯度为102T/m的数量级。利用脉冲电流馈送，微线圈可以产生比利用连续电流高得多的场，一般为其1000倍，但是持续通常小于一毫秒的时间，这不适合用于预期的应用。此外，这些微线圈通常需要外部电流馈电用于其工作。第二种微型装置将软磁材料的使用与外部宏观磁场结合。置于外部磁场中时，软磁材料被磁化，然后以与永磁体相似的方式表现为场源。用于磁场微源的软磁材料通过微/纳米制造技术来实施。获得的磁场源具有实施的软磁材料的图案的大小，即亚毫米尺寸。置于外部宏观磁场中，这些源产生强磁场和基本在图案尺度上调节的场梯度。使用可变的和可切换的外部磁场使这些磁源可变和可切换。最后，近来已经描述了制造包括膜的装置，所述膜由沉积在硅衬底上的硬磁材料制成，其通过使用微制造技术[Walther09]进行形貌结构化，或者进行热磁性[Dumas-Bouchiat10]结构化，以形成多个微磁体。这些装置提供自主的优点，这是因为一旦被磁化，它们就不需要能源或外部磁场源。此外，由此形成的微磁体产生强的磁场梯度，高至106T/m。然而，制造这些不同的装置是昂贵的，这是因为其需要前沿的技术，由此不适合于大量低成本装置的生产。特别地，基于硅衬底的技术受这些衬底的可用尺寸限制，因此面临不能形成大尺寸装置的问题。此外，一定的装置柔性对于一些应用是理想的。此外，例如对于体外应用，有用的是具有透明或差不多半透明的装置，以使得通过光学透射显微镜能够观察受产生的磁场影响的颗粒的行为。D.Issadore等的文章“Self-Assembledmagneticfilterforhighlyefficientimmunomagneticseparation”(LabChip,2011,11,第147-151页)报道了聚合物膜的制造，其包括以悬浮的方式将NdFeB的颗粒置于聚二甲基硅氧烷(PDMS)中，通过施增强的外部磁场使所述颗粒磁化，然后使PDMS成网状，从而固定NdFeB颗粒。然而，颗粒在PDMS基体中的分布是随机的。此外，每个颗粒都与其周围的颗粒分离，使得由此形成的阱具有单个颗粒的尺寸，从而具有有限的捕获能力。因此，存在制造在亚毫米尺度产生高的磁场梯度并可以以低成本制造的装置的需求。此外，根据想要的应用，该装置必须能够具有柔性和/或是透明的。本专利技术的另一目的是限定一种简单且经济的方法，所述方法用于制备能够以永久的方式或在外部磁场的作用下被磁化以在亚毫米尺寸产生大的磁场梯度的装置。
技术实现思路
根据本专利技术，提出一种用于制备包括非磁性基体和根据预定图案布置在所述基体内的多个三维磁性微结构体的膜的方法，其包括以下步骤：-提供母基底，其包括由多个磁场微源形成的磁性结构化面，所述磁场微源具有102T/m至106T/m的磁场梯度，-将磁性微米颗粒或纳米颗粒添加到所述母基底的磁性结构化面，所述颗粒在由磁场梯度施加的吸引磁泳力作用下聚集成布置在母基底的表面上的三维微结构体，-将由非磁性材料制成的基体沉积到母基底的磁性结构化面上，以包封所述布置的微结构体并形成所述膜，-从母基底剥离所述膜。纳米颗粒应理解为表示尺寸为纳米尺度，即特征尺寸如平均直径小于100nm的颗粒。微米颗粒应理解为表示尺寸为微米尺度，即特征尺寸如平均直径为100nm至1mm的颗粒。微磁体应理解为表示至少两个维度为微米尺度，即厚度和/或长度和/或宽度为100nm至100μm的磁体。“表面的磁性结构化”(无论其为平面的、弯曲的和/或具有凹凸部分(凸部或凹部))应理解为指表面具有根据预定图案分布的不同磁化区域。“填充因数”应理解为表示以三维结构布置在膜的一部分中的纳米颗粒或微米颗粒占据的体积与所考虑部分的体积的比例。根据一个实施方案，在沉积磁性微米颗粒或纳米颗粒之前，将层沉积到母基底的磁性结构化面上，以有助于之后从母基底剥离所述膜。基体可以由弹性体材料制成，所述弹性体材料使得能够形成柔性膜。对于其他应用，相反地，基体可以由刚性材料制成。用于基体的优选材料可以包括弹性体(如聚二甲基硅氧烷(PDMS)或橡胶等)；热塑性材料(如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对二甲苯或聚苯乙烯等)；热固性材料(如聚酯、环氧树脂、酚醛树脂或光敏树脂(如SU-8)等)；氧化物，如SiO2、Al2O3或HfO2；金属，如Cu或Ag；或者碳材料，如石墨或DLC。在一个特别有利的方式中，在将所述微米颗粒或纳米颗粒沉积到母基底期间或之后，振动所述母基底和/或颗粒以优化微米颗粒或纳米颗粒相对于磁场微源的分布。此外，在沉积非磁性基体之前，可以将气体射流施加到母基底，以优化纳米颗粒相对于磁场微源的分布和/或除去未被母基底的磁场捕获的颗粒。根据一个有利的实施方案，在沉积非磁性基体之前，将液相配体沉积到布置在母基底的表面的微结构体上，以增强形成所述微结构体的微米颗粒或纳米颗粒的力学内聚力。得自该方法的膜由此具有两个相反的面，微米颗粒或纳米颗粒填充因数在所述两个相反的面之间变化，预先与母基底接触的面附近的填充因数大于在相反的面附近的填充因数。可能地，在剥离膜之后，将导电材料沉积到膜的表面的至少一部分上。根据本专利技术的一个应用，当膜为柔性时，可以使其卷绕以形成管。根据本专利技术的一个实施方案，母基底的磁性结构化面具有至少一个凹部和/或至少一个凸部，使得在剥离后，膜具有与母基底的凹部和/或凸部互补的凸部和/或凹部。根据本专利技术的一个不同的实施方案，基体包含热塑性材料，并且在剥离膜之后，所述膜通过热成形贴靠模具来成型。根据本专利技术的一个实施方案，微米颗粒或纳米颗粒由软磁材料制成。在一个优选的方式中，所述微米颗粒或纳米颗粒于是由以下材料之一制成：Fe、CoFe、NiFe、Fe3O4或Fe2O3。可替代地，微米颗粒或纳米颗粒由硬磁材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备包括非磁性基体(3)和根据预定图案布置在所述基体内的多个三维磁性微结构体(20)的膜(4)的方法，所述方法包括以下步骤：‑提供母基底(1)，其包括由多个磁场微源(10a、10b)形成的磁性结构化面(10)，所述多个磁场微源(10a、10b)具有102T/m至106T/m的磁场梯度，‑将磁性微米颗粒或纳米颗粒(2)添加到所述母基底的磁性结构化面(10)，所述颗粒在由所述磁场梯度施加的吸引磁泳力作用下聚集成布置在所述母基底的表面上的三维微结构体(20)，‑将由非磁性材料制成的基体(30)沉积到所述母基底的所述磁性结构化面(10)上，以包封所布置的微结构体并形成所述膜(4)，‑从所述母基底剥离所述膜(4)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.22 FR 1254667;2012.05.22 US 61/650,3981.一种用于制备包括非磁性基体(3)和根据预定图案布置在所述非磁性基体内的多个三维磁性微结构体(20)的膜(4)的方法，所述方法包括以下步骤：-提供母基底(1)，其包括由多个磁场微源(10a、10b)形成的磁性结构化面(10)，所述多个磁场微源(10a、10b)具有102T/m至106T/m的磁场梯度，然后-将磁性微米颗粒或纳米颗粒(2)施加到所述母基底的磁性结构化面(10)，所述颗粒在由所述磁场梯度施加的吸引磁泳力作用下聚集成布置在所述母基底的表面上的三维磁性微结构体(20)，然后-将由非磁性材料制成的基体流延或沉积到所述母基底的所述磁性结构化面(10)和所述三维磁性微结构体上，以形成包括非磁性基体(3)和根据预定图案布置在所述非磁性基体内的三维磁性微结构体(20)的所述膜(4)，-从所述母基底剥离所述膜(4)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在施加所述磁性微米颗粒或纳米颗粒(2)之前，将层(5)沉积到所述母基底(1)的所述磁性结构化面(10)上，以有助于之后从所述母基底(1)剥离所述膜(4)。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非磁性基体(3)由以下材料之一制成：热塑性材料、热固性材料、氧化物、金属或者碳材料。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非磁性基体(3)由弹性体制成。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述弹性体是聚二甲基硅氧烷(PDMS)或橡胶。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述热塑性材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对二甲苯或聚苯乙烯。7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述热固性材料是聚酯、环氧树脂、酚醛树脂或光敏树脂。8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述氧化物是SiO2、Al2O3或HfO2。9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述金属是Cu或Ag。10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述碳材料是石墨或DLC。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述磁性微米颗粒或纳米颗粒施加到所述母基底的步骤期间或之后，振动所述母基底(1)和/或磁性微米颗粒或纳米颗粒(2)以优化所述磁性微米颗粒或纳米颗粒相对于所述磁场微源的分布。12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在流延或沉积所述非磁性基体(3)之前，将气体射流施加到所述母基底(1)，以优化所述纳米颗粒相对于所述磁场微源的分布和/或除去未被所述母基底的磁场捕获的颗粒。13.根据权利要求1所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：诺拉·邓普西，弗雷德里克·仲马布夏，路易斯·费尔南多·萨尼尼，多米尼克·吉沃尔，
申请(专利权)人：法国国家科学研究中心，约瑟夫·傅立叶大学，
类型：发明
国别省市：法国;FR