单类和多类微小物体漂浮定向移动及自主装巨量转移方法技术

本发明专利技术提供单类及多类微小物体漂浮定向移动及自主装巨量转移方法。通过对微小物体和目标载板进行表面处理，使目标载板目标位置具有不同的表面能。令微小物体漂浮于溶液表面，并将目标载板放入溶液中。利用目标载板的表面浸润性的差异，使溶液表面产生凹窝，使得微小物体滑入凹窝与目标载板的目标位置进行结合。对目标载板不同目标位置进行差异化表面处理，可以进一步在不同溶液中依次实现多类微小物体的漂浮定向移动及自主装巨量转移。本发明专利技术提供的单类及多类微小物体漂浮定向移动及自主装巨量转移方法，具有效率高，定位精度高，易操作的优点。

【技术实现步骤摘要】
单类和多类微小物体漂浮定向移动及自主装巨量转移方法
本专利技术涉及微小物体移动
，更具体地，涉及单类和多类微小物体漂浮定向移动及自主装巨量转移方法。
技术介绍
定向移动是材料加工与物质分离的重要手段，在材料、生物、电子等领域有广泛的应用。微小物体的巨量转移在微小物体等微型芯片、生物、材料领域具有重要应用价值。目前主要的巨量转移的技术分为几个类别：1)FinePick/Place精准抓取，主要是a)静电力：采用具有双极结构的转移头，在转移过程中分别施于正负电压，当从衬底上抓取微小物体时，对一硅电极通正电，微小物体就会吸附到转移头上，当需要把微小物体放在既定位置时，对另外一个硅电极通负电，即可完成转移；b)范德华力：使用弹性印模，结合高精度运动控制打印头，利用范德华力，通过改变打印头的速度，让微小物体黏附在转移头上，或打印到目标衬底片的预定位置上；c)磁力：在切割之前，在微小物体上混入诸如铁钴镍等磁性材料，利用电磁吸附和释放；2)SelectiveRelease选择性释放：不经过拾取环节，直接从原有衬底上将微小物体进行转移，主要技术有图案化激光：使用准分子激光，照射在生长界面上的氮化镓薄片上稀疏分散的模具大小区域，再通过紫外线曝光产生镓金属和氮气，做到平行转移至衬底，实现精准的光学阵列转移；3)Self-Assembly自组装，主要使用流体力技术：利用刷桶在衬底上滚动，使得微小物体置于液体悬浮液中，通过流体力，使微小物体落入衬底上的对应井中。对于微小物体的多级巨量转移，精准抓取和选择性释放转移方式存在转移效率低的问题，而自主装方式存在转移可靠性低，定位精度差，可操作性差的问题。转移效率和转移精度难以兼容。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有的微小物体的多级自主装巨量转移方法存在转移效率低、可靠性低、定位精度差，可操作性差的问题，提供单类微小物体漂浮定向移动及多级自主装巨量转移方法。本专利技术能够使得微小物体的漂浮定向移动及多级自主装巨量转移效率高，定位精度高，易操作。本专利技术还提供多类微小物体漂浮定向移动及多级自主装巨量转移方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：单类微小物体漂浮定向移动及自主装巨量转移方法，包括以下步骤：S1.将待转移的微小物体进行表面处理后，放入具有表面活性剂和粘度调节剂的溶液A中，微小物体的表面不与溶液A发生浸润，微小物体密度低于溶液A；S2.对目标载板进行图案化处理和表面处理，使其目标位置产生图案，且图案表面对溶液A不发生浸润但对微小物体表面发生浸润，目标载板上除所述图案之外的表面对溶液A发生浸润但对微小物体表面不发生浸润；S3.在溶液A中通入气体A，气体A在溶液A中产生气泡，同时进行超声处理，使气泡碎成若干个临界尺寸气泡，每个临界尺寸气泡吸附并携带一个微小物体漂浮在溶液A液面上；S4.将目标载板竖直或倾斜缓慢浸入溶液A内，在浸入的过程中图案与溶液A界面之间产生凹窝，使得临界尺寸气泡携带的微小物体滑入凹窝处，粘结于图案上；S5.随着目标载板投入溶液A中，微小物体完全粘结于图案上；S6.将目标载板移出溶液A，并进行冲洗，烘干去除目标载板表面残余溶液。目标载板表面处理后，由于表面浸润性的差异，目标载板的图案化凸起由于与溶液A不浸润性而使附近液面下降。从而使得目标载板在溶液A投入的过程中，溶液A液面在每个目标载板的图案化凸起附近产生凹窝，微小物体能够滑入凹窝处，粘结于目标载板的图案化凸起。微小物体密度低于溶液A。只有微小物体的密度低于溶液A，微小物体才能持续漂浮在溶液A的表面上，溶液A中加入表面活性剂，例如过硫酸盐、杂环化合物，使得溶液A具有较大表面张力，微小物体可以浮于溶液A液面上；溶液A中加入粘度调节剂，例如明胶等大分子有机物，使得溶液A具有较低粘度，有利于微小物体的移动。溶液A可以为水、乙醇或油等有机溶剂。进一步的，在步骤S1中，在微小物体的表面涂覆溶液B，溶液B与微小物体发生浸润但不与溶液A发生浸润，溶液B为油脂大分子有机物或硅烷偶联剂。微小物体的表面处理就是在其表面上涂覆溶液B，溶液B使得微小物体在溶液A中不发生浸润。进一步的，在步骤S2中，在步骤S2中，通过刻蚀在目标载板表面的目标位置产生图案，在图案表面以及目标载板上除图案之外的表面分别涂覆表面活性剂A和表面活性剂B，图案大小与微小物体的尺寸相匹配。表面活性剂A能够使得目标载板的图案化凸起表面与微小物体表面涂覆的溶液B发生浸润，表面活性剂B能够使得目标载板的其余表面与溶液A发生浸润，但不能够与微小物体表面涂覆的溶液B发生浸润。使得微小物体能够在溶液A中对目标载板的图案表面有一定粘结力，微小物体能够粘结在目标载板的图案上。进一步的，所述图案为图案化凸起/图案化凹槽/平面，目标载板上的目标位置的图案可以为图案化凸起也可以为图案化凹槽，甚至图案为平面也是可以的。只要目标位置的表面处理与目标载板除目标位置之外的表面处理不同，使得微小物体能够在溶液A中对目标载板的图案表面有一定粘结力，微小物体能够粘结在目标载板的图案上即可。进一步的，在步骤S2中，目标载板由两层载板叠加而成，第一层表面涂覆表面活性剂B，在第一层载板的目标位置打出大小与微小物体的尺寸相匹配的通孔，在第二层载板的表面涂覆表面活性剂A，然后将第一层载板压合在第二层载板上。故第一层载板的通孔中露出的第二层载板与微小物体在溶液A中进行粘结。进一步的，在步骤S3中，降低溶液A的温度再溶入气体A，再通过升温或振动，使气体A从溶液A中析出形成气泡，利用超声处理分散微小物体，并使气泡破裂成若干临界尺寸的气泡，使得单个临界尺寸的气泡包裹着单个微小物体在溶液A液面上漂浮移动。超声处理使微小物体互相分散避免团聚，也将气泡破裂成临界尺寸。多类微小物体漂浮定向移动及自主装巨量转移方法，包括以下步骤：S1.将待转移的多种不同形状尺寸的第一微小物体、第二微小物体和第三微小物体进行表面处理后，分别对应放入不同表面活性剂和粘度调节剂的溶液A、溶液B和溶液C中，各个微小物体的表面不与溶液A、溶液B和溶液C发生浸润；S2.对目标载板进行图案化处理和表面处理，使其目标位置制作出对应第一微小物体、第二微小物体和第三微小物体的第一图案化凸起、第二图案化凸起和第三图案化凸起，且第一图案化凸起、第二图案化凸起和第三图案化凸起对溶液A、溶液B和溶液C不发生浸润，但第一图案化凸起、第二图案化凸起和第三图案化凸起均只与对应匹配的第一微小物体、第二微小物体和第三微小物体表面发生浸润，目标载板上除所述第一图案化凸起、第二图案化凸起和第三图案化凸起以外的表面对溶液A、溶液B和溶液C发生浸润但对第一微小物体、第二微小物体和第三微小物体表面均不发生浸润；S3.溶液A、溶液B和溶液C密度高于微小物体，在溶液A中通入气体A，气体A在溶液A中产生气泡，同时进行超声处理，使气泡碎成若干个临界尺寸气泡，每个临界尺寸气泡吸附并携带一个第一微小物体漂浮在溶液A的液面上；S4.将目标载板竖直或倾斜缓慢浸入溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.单类微小物体漂浮定向移动及自主装巨量转移方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1.将待转移的微小物体进行表面处理后，放入具有表面活性剂和粘度调节剂的溶液A中，微小物体的表面不与溶液A发生浸润，微小物体密度低于溶液A；/nS2.对目标载板进行图案化处理和表面处理，使其目标位置产生图案，且图案表面对溶液A不发生浸润但对微小物体表面发生浸润，目标载板上除所述图案之外的表面对溶液A发生浸润但对微小物体表面不发生浸润；/nS3.在溶液A中通入气体A，气体A在溶液A中产生气泡，同时进行超声处理，使气泡碎成若干个临界尺寸气泡，每个临界尺寸气泡吸附并携带一个微小物体漂浮在溶液A液面上；/nS4.将目标载板竖直或倾斜缓慢浸入溶液A内，在浸入的过程中图案与溶液A界面之间产生凹窝，使得临界尺寸气泡携带的微小物体滑入凹窝处，粘结于图案上；/nS5.随着目标载板投入溶液A中，微小物体完全粘结于图案上；/nS6.将目标载板移出溶液A，并进行冲洗，烘干去除目标载板表面残余溶液。/n

【技术特征摘要】
1.单类微小物体漂浮定向移动及自主装巨量转移方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.将待转移的微小物体进行表面处理后，放入具有表面活性剂和粘度调节剂的溶液A中，微小物体的表面不与溶液A发生浸润，微小物体密度低于溶液A；
S2.对目标载板进行图案化处理和表面处理，使其目标位置产生图案，且图案表面对溶液A不发生浸润但对微小物体表面发生浸润，目标载板上除所述图案之外的表面对溶液A发生浸润但对微小物体表面不发生浸润；
S3.在溶液A中通入气体A，气体A在溶液A中产生气泡，同时进行超声处理，使气泡碎成若干个临界尺寸气泡，每个临界尺寸气泡吸附并携带一个微小物体漂浮在溶液A液面上；
S4.将目标载板竖直或倾斜缓慢浸入溶液A内，在浸入的过程中图案与溶液A界面之间产生凹窝，使得临界尺寸气泡携带的微小物体滑入凹窝处，粘结于图案上；
S5.随着目标载板投入溶液A中，微小物体完全粘结于图案上；
S6.将目标载板移出溶液A，并进行冲洗，烘干去除目标载板表面残余溶液。


2.根据权利要求1所述的单类微小物体漂浮定向移动及自主装巨量转移方法，其特征在于：在步骤S1中，在微小物体的表面涂覆溶液B，溶液B与微小物体发生浸润但不与溶液A发生浸润，溶液B为油脂大分子有机物或硅烷偶联剂。


3.根据权利要求2所述的单类微小物体漂浮定向移动及自主装巨量转移方法，其特征在于：在步骤S2中，通过机械加工或化学刻蚀在目标载板表面的目标位置产生图案，在图案表面以及目标载板上除图案之外的表面分别涂覆表面活性剂A和表面活性剂B，图案大小与微小物体的尺寸相匹配。


4.根据权利要求3所述的单类微小物体漂浮定向移动及自主装巨量转移方法，其特征在于：所述图案为图案化凸起/图案化凹槽/平面图案。


5.根据权利要求3所述的单类微小物体漂浮定向移动及自主装巨量转移方法，其特征在于：在步骤S2中，目标载板由两层载板叠加而成，第一层表面涂覆表面活性剂B，在第一层载板的目标位置打出大小与微小物体的尺寸相匹配的通孔，在第二层载板的表面涂覆表面活性剂A，然后将第一层载板压合在第二层载板上。


6.根据权利要求1所述的单类微小物体漂浮定向移动及自主装巨量转移方法，其特征在于：在步骤S3中，降低溶液A的温度再溶入气体A，再通过升温或振动，使气体A从溶液A中析出形成气泡，利用超声处理分散微小物体，并使气泡破裂成若干临界尺寸的气泡，使得单个临界尺寸的气泡包裹着单个微小物体在溶液A液面上漂浮移动。


7.多类微小物体漂浮定向移动及自主装巨量转移方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.将待转移的多种不同形状尺寸的第一微小物体、第二微小物体和第三微小物体进行表面处理后，分别对应放入不同表面活性剂和粘度调节剂的溶液A、溶液B和溶液C中，各个微小物体的表面不与溶液A、溶液B和溶液C发生浸润；
S2.对目标载板进行图案化处理和表面处理，使其目标位置制作出对应第一微小物体、第二微小物体和第三微小物体的第一图案化凸起、第二图案化凸起和第三图案化凸起，且第一图案化凸起、第二图案化凸起...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冠南，林伟，崔成强，张昱，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44