单类和多类微小物体悬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悬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。将微小物体和目标载板放入溶液中，在溶液中溶入或通入气体并析出气泡包裹微小物体进行悬浮上升靠近目标载板。利用目标载板目标位置的表面能的差异，使气泡和芯片被目标位置捕获并停留，再进行除气处理，使气泡溶解，微小物体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悬浮定向移动及自主装巨量转移。本发明专利技术提供单类及多类微小物体悬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悬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悬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，提供单类微小物体悬浮定向移动及自主装巨量转移方法。本专利技术能够使得微小物体的定向移动及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悬浮定向移动及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：微小物体悬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，溶液A密度低于微小物体；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.将目标载板上具有图案的表面朝下浸入溶液A内，目标载板水平向下或倾斜向下；S4.在溶液A中溶入气体A，使得气体A在溶液A中产生气泡，气泡吸附在微小物体表面，同时进行超声处理，使气泡破裂成若干个临界尺寸气泡，临界尺寸气泡携带微小物体上升至目标载板的图案；S5.对溶液A进行溶气处理，气泡溶解，微小物体上表面与图案接触并粘结；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。在步骤S5中进行溶气处理是为了利用气体A的气泡带动微小物体进行悬浮移动，保证适量的微小物体能够与目标载板进行充分接触并粘结，若没有溶气处理，使得过多的微小物体直接与目标载板接触，会导致目标载板上未进行粘结的微小物体被后期洗掉处理，浪费较多的微小物体。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，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。表面活性剂A能够使得目标载板的图案化凹槽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。微小物体经过表面处理后浸润性质的差异，使得微小物体产生一定粘性，能够在溶液A中能够对目标载板的目标位置的图案进行粘结。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即可。优选的，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A，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B，然后将第一层载板压合在第二层载板上。同样的，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A，在第一层载板在目标位置打出大小与微小物体的尺寸相同的通孔，在第二层载板的表面涂覆表面活性剂B，然后将第一层载板压合在第二层载板上。进一步的，在步骤S4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，超声处理分散微小物体，使气泡破裂成若干个临界尺寸气泡，临界尺寸气泡携带微小物体上升至目标载板的图案化凹槽。溶液A在通入气体A再进行升温或振动之后，气体A会在溶液A中析出产生气泡，超声处理使得溶液A中微小物体互相分散，并且使气泡破碎至临界尺寸，在该临界尺寸下，单个气泡的浮力仅能携带一个微小物体上升至目标载板。进一步的，在步骤S5中，降低溶液A温度、对其施加压力并静置，使微小物体表面的气泡重新溶解于溶液A。气泡溶解并缩小，使微小物体上表面与目标位置接触并粘结，气泡持续缩小直到消失，微小物体完全粘结于目标载板的目标位置。多类微小物体悬浮定向移动及自主装巨量转移方法，包括以下步骤：S1.将待转移的三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，且溶液A、溶液B和溶液C密度低于微小物体；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凹槽、第二图案化凹槽和第三图案化凹槽，且第一图案化凹槽、第二图案化凹槽和第三图案化凹槽对溶液A、溶液B和溶液C不发生浸润，但第一图案化凹槽、第二图案化凹槽和第三图案化凹槽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凹槽、第二图案化凹槽和第三图案化凹槽以外的表面对溶液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.将目标载板上具有所述第一图案化凹槽、第二图案化凹槽和第三图案化凹槽的表面朝下浸入溶液A内，目标载板水平向下或倾斜向下；S4.在溶液A中溶入气体A，使得气体A在溶液A中产生气泡，气泡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.单类微小物体悬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，溶液A密度低于微小物体；/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的表面不发生浸润；/nS3.将目标载板上具有图案的表面朝下浸入溶液A内，目标载板水平向下或倾斜向下；/nS4.在溶液A中溶入气体A，使得气体A在溶液A中产生气泡，同时进行超声处理，使气泡破裂成若干个临界尺寸气泡，每个临界尺寸气泡携带一个微小物体上升至目标载板的图案处；/nS5.对溶液A进行溶气处理，气泡溶解，微小物体上表面与图案接触并粘结；/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.单类微小物体悬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，溶液A密度低于微小物体；
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的表面不发生浸润；
S3.将目标载板上具有图案的表面朝下浸入溶液A内，目标载板水平向下或倾斜向下；
S4.在溶液A中溶入气体A，使得气体A在溶液A中产生气泡，同时进行超声处理，使气泡破裂成若干个临界尺寸气泡，每个临界尺寸气泡携带一个微小物体上升至目标载板的图案处；
S5.对溶液A进行溶气处理，气泡溶解，微小物体上表面与图案接触并粘结；
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悬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悬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悬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。


5.根据权利要求3所述的单类微小物体悬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A，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B，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悬浮定向移动及自主装巨量转移方法，其特征在于：在步骤S4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，超声处理分散微小物体，使气泡破裂成若干个临界尺寸气泡，临界尺寸气泡携带微小物体上升至目标载板的图案化凹槽。


7.根据权利要求1所述的单类微小物体悬浮定向移动及自主装巨量转移方法，其特征在于：在步骤S5中，降低溶液A温度、对其施加压力并静置，使微小物体表面的气泡重新溶解于溶液A。


8.多类微小物体悬浮定向移动...

【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