一种微纳有序阵列结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种微纳有序阵列结构及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：A)将单层胶体粒子膜组装在嵌段共聚物薄膜的表面，所述嵌段共聚物能发生相分离；B)以组装的胶体粒子为掩模板，通过刻蚀除去未被胶体粒子遮挡的嵌段共聚物；C)将刻蚀后嵌段共聚物薄膜表面的胶体粒子去除，得到具有微纳有序阵列结构的基底。本发明专利技术提供的方法能够制得具有微纳有序阵列结构的基底，该微纳有序阵列结构具有较高的分辨率，因而在生物检测、细胞行为研究、微电子等领域有着良好的应用前景。该方法简单，易于操作，易于实现，具有很好的可重复性。

A micro nano ordered array structure and its preparation method

The invention provides a micro nano ordered array structure and a preparation method thereof. The preparation method comprises the following steps: A) will be assembled on the surface of colloidal particles monolayer film of block copolymer films, the copolymer can undergo phase separation; B) using colloidal particles for assembling the mask plate by etching remove the block copolymer colloidal particles are not blocked; C) will block copolymer colloidal particles after etching the surface of the film base has been removed, the micro nano ordered array structure. The method provided by this invention can produce a substrate with micro nano ordered array structure, and the micro nano ordered array structure has high resolution, so it has good application prospects in biological detection, cell behavior research, microelectronics and other fields. The method is simple, easy to operate, easy to implement, and has good repeatability.

【技术实现步骤摘要】
一种微纳有序阵列结构及其制备方法
本专利技术涉及表面图案化领域，尤其涉及一种微纳有序阵列结构及其制备方法。
技术介绍
多尺度有序的纳米结构近些年来受到科研工作者的广泛关注，由于其同时具备纳米级尺度和微米级/亚微米级尺度的有序结构，因而在生物检测、细胞铺展、分化、增殖行为的研究、生物传感器、生物芯片、微电子器件，以及超疏水超亲水表面构筑上表现出了其独特的优势。在大尺度有序的图案化微区内引入更加细节化的纳米图案化结构有利于更好的调控在每一个小微区内的行为。如在生物领域，通过微米尺度的有序结构有利于我们研究单个细胞的生长粘附行为，同时每个微区内的纳米点阵可以让我们更精细地调节图案化中细胞外因子的种类、取向、密度、有序度等，为更好的掌握细胞行为和胞外因子之间的关系提供了非常良好的平台(NanoLett.2015,15,1457；NanoLett.2014,14,5539；NanoLett.201313,5619；)，也使得我们可以通过表面修饰来控制细胞行为(ACSNano,2012,6,7227)。由于其尺寸和很多生物大分子匹配，纳米尺度的有序结构还有助于我们在分子水平上控制一些生物大分子取向(AngewChem.Int.Ed.Engl.2008,47,9618)，如可避免蛋白质活性中心的被掩埋而失活，有利于其在生物传感器制备、生物芯片等领域的实际应用。目前人们已经尝试一些不同的方法来构筑多尺度微纳有序结构，例如通过嵌段共聚物薄膜的去润湿虽然可以构筑多级结构，但是去润湿形成的岛状结构往往大小并不均一(Macromolecules2012,45,1492)。Park提出了控制去润湿的方法来制备微纳结构，得到了微纳尺度同时有序的结构(AdvancedMaterials2008,20,522)，然而微米尺度通常都在十微米以上。在众多方法中，最简单直接的方法是将嵌段共聚物自组装胶束溶液和纳米压印相结合，然而在纳米压印过程中受到墨水扩散等的限制，压印后的图案化精度不高，同时由于方法本身的限制，在每个微区内难以形成规整的阵列结构。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种微纳有序阵列结构及其制备方法，本专利技术提供的制备方法能够制得微纳有序阵列结构，且该阵列结构在生物领域有广泛的应用。本专利技术提供了一种微纳有序阵列结构的制备方法，包括以下步骤：A)将单层胶体粒子膜组装在嵌段共聚物薄膜的表面，所述嵌段共聚物能发生相分离；B)以组装的胶体粒子为掩模板，通过刻蚀除去未被胶体粒子遮挡的嵌段共聚物；C)将刻蚀后嵌段共聚物薄膜表面的胶体粒子去除，得到具有微纳有序阵列结构的基底。优选地，所述步骤A)中的单层胶体粒子膜按照以下方法制得：将胶体粒子的分散液、水和含有表面活性剂的水溶液进行组装，得到单层胶体粒子膜。优选地，所述步骤A)具体为：嵌段共聚物薄膜表面疏水，采用等离子体对嵌段共聚物薄膜进行处理，然后再与所述单层胶体粒子膜组装，得到组装的胶体粒子。优选地，所述步骤A)具体为：嵌段共聚物薄膜表面亲水，直接与所述单层胶体粒子膜组装，得到组装的胶体粒子。优选地，所述单层胶体粒子膜选自单层聚苯乙烯胶体粒子膜、单层二氧化硅胶体粒子膜、单层聚甲基丙烯酸甲酯胶体粒子膜或单层金属胶体粒子膜。优选地，所述嵌段共聚物薄膜的材料选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯-聚4-乙烯吡啶嵌段共聚物、聚苯乙烯-聚2-乙烯吡啶嵌段共聚物、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚噻吩或聚芴。优选地，所述嵌段共聚物薄膜与单层胶体粒子膜组装前还包括：将嵌段共聚物薄膜和金属前驱体络合，得到金属前驱体络合的嵌段共聚物薄膜，再与单层胶体粒子膜组装。优选地，所述金属前驱体选自金属盐化合物。优选地，所述胶体粒子除去后还包括：将除去胶体粒子的产物和金属前驱体络合，再次刻蚀，得到具有微纳有序阵列结构的基底。本专利技术提供了一种微纳有序阵列结构，由上述技术方案所述制备方法制得。本专利技术提供了一种具有微纳有序阵列结构的制备方法，包括以下步骤：A)将单层胶体粒子膜组装在嵌段共聚物薄膜的表面，所述嵌段共聚物能发生相分离；B)以组装的胶体粒子为掩模板，通过刻蚀除去未被胶体粒子遮挡的嵌段共聚物；C)将刻蚀后嵌段共聚物薄膜表面的胶体粒子去除，得到具有微纳有序阵列结构的基底。本专利技术提供的方法能够制得微纳有序阵列结构，由于其基于嵌段共聚物纳米尺度的相分离，提供的微纳有序阵列结构的分辨率可达5～100nm。该微纳有序阵列结构具有纳米尺度的分辨率，因而在生物检测、细胞行为研究、微电子等领域有着良好的应用前景。该方法简单，易于操作，易于实现，具有很好的可重复性。附图说明图1为本专利技术制备具有微纳有序阵列结构的嵌段共聚物薄膜的基本示意图；图2为本专利技术实施例1制备得到的具有微纳有序阵列结构的嵌段共聚物薄膜的原子力显微镜图；图3为本专利技术实施例2制备得到的具有微纳有序阵列结构的嵌段共聚物薄膜的原子力显微镜图；图4为本专利技术实施例3制备得到的金纳米粒子的微纳有序阵列结构的扫描电镜图；图5为本专利技术实施例4制备得到的金纳米粒子的微纳有序阵列结构的扫描电镜图；图6为本专利技术实施例5制备得到的铂纳米粒子的微纳有序阵列结构的扫描电镜图；图7为本专利技术实施例6制备得到的铂纳米粒子的微纳有序阵列结构的扫描电镜图；图8为本专利技术实施例7制备得到的金纳米粒子的微纳有序阵列结构的扫描电镜图；图9为本专利技术实施例7制备得到的异硫氰酸荧光素标记的蛋白质阵列的激光共聚焦显微镜图。具体实施方式本专利技术提供了一种微纳有序阵列结构的制备方法，包括以下步骤：A)将单层胶体粒子膜组装在嵌段共聚物薄膜的表面，所述嵌段共聚物能发生相分离；B)以组装的胶体粒子为掩模板，通过刻蚀除去未被胶体粒子遮挡的嵌段共聚物；C)将刻蚀后嵌段共聚物薄膜表面的胶体粒子去除，得到具有微纳有序阵列结构的基底。本专利技术提供的方法能够制得微纳有序阵列结构，该微纳有序阵列结构具有较高的分辨率，即纳米尺度的分辨率(5～100nm)，因而在生物检测、细胞行为研究、微电子等领域有着良好的应用前景。该方法简单，易于操作，易于实现，具有很好的可重复性。该微纳有序阵列结构是具有微纳有序阵列结构的基底；在本专利技术的具体实施例中，所述微纳有序阵列结构可以为具有微纳有序阵列结构的嵌段共聚物薄膜；所述微纳有序阵列结构也可以为金属纳米粒子的微纳有序阵列结构。本专利技术将单层胶体粒子膜组装在嵌段共聚物薄膜的表面，所述嵌段共聚物能发生相分离。在本专利技术中，所述单层胶体粒子膜优选选自单层聚苯乙烯胶体粒子膜、单层二氧化硅胶体粒子膜、单层聚甲基丙烯酸甲酯胶体粒子膜或单层金属胶体粒子膜。在本专利技术中，所述单层胶体粒子膜中的胶体粒子的粒径优选为200nm～5μm；在本专利技术的具体实施例中，所述单层胶体粒子膜的原料具体为250nm的聚苯乙烯胶体粒子、1μm的聚苯乙烯胶体粒子、3.8μm的聚苯乙烯胶体粒子、1.9μm的聚苯乙烯胶体粒子或250nm的二氧化硅胶体粒子。在本专利技术中，所述单层胶体粒子膜优选按照以下方法制得：将胶体粒子的分散液、水和含有表面活性剂的水溶液进行组装，得到单层胶体粒子膜。在本专利技术中，所述胶体粒子的分散液优选为胶体粒子的水分散液。本专利技术对胶体粒子的分散液的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微纳有序阵列结构的制备方法，包括以下步骤：A)将单层胶体粒子膜组装在嵌段共聚物薄膜的表面，所述嵌段共聚物能发生相分离；B)以组装的胶体粒子为掩模板，通过刻蚀除去未被胶体粒子遮挡的嵌段共聚物；C)将刻蚀后嵌段共聚物薄膜表面的胶体粒子去除，得到具有微纳有序阵列结构的基底。

【技术特征摘要】
1.一种微纳有序阵列结构的制备方法，包括以下步骤：A)将单层胶体粒子膜组装在嵌段共聚物薄膜的表面，所述嵌段共聚物能发生相分离；B)以组装的胶体粒子为掩模板，通过刻蚀除去未被胶体粒子遮挡的嵌段共聚物；C)将刻蚀后嵌段共聚物薄膜表面的胶体粒子去除，得到具有微纳有序阵列结构的基底。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)中的单层胶体粒子膜按照以下方法制得：将胶体粒子的分散液、水和含有表面活性剂的水溶液进行组装，得到单层胶体粒子膜。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)具体为：嵌段共聚物薄膜表面疏水，采用等离子体对嵌段共聚物薄膜进行处理，然后再与所述单层胶体粒子膜组装，得到组装的胶体粒子。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)具体为：嵌段共聚物薄膜表面亲水，直接与所述单层胶体粒子膜组装，得到组装的胶体粒子。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述单层胶体粒子膜选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：常同鑫，黄海瑛，何天白，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22