CN101588987B - 大面积诱导的纳米结构组装 - Google Patents

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Abstract

提供了一种装置。在一个实施方案中，该装置包括具有表面的基底和多个纳米结构，所述纳米结构的每一个具有第一末端和第二末端，其中多个纳米结构的每一个的第一末端连接至所述表面。在该实施方案中，所述多个纳米结构的至少一部分第二末端向彼此弯曲而形成两个或多个相似构造的簇，每个簇包括两个或多个纳米结构。

Description

大面积诱导的纳米结构组装
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年8月15日提交的题为″LARGE AREAINDUCED ASSSEMBLY OF NANOSTRUCTURES(大面积诱导的纳米结构组装)″的美国临时申请第60/822,457号的权益，该临时申请与本发明共同转让并通过引用结合入本文。
技术领域
本发明一般涉及纳米结构。
背景
纳米结构最近已用于多种应用。例如，纳米结构已用于各种生物学应用，包括生物芯片、芯片实验室(labs-on-a-chip)等。此外，纳米结构已用于电互连应用、流体流动性应用、电池应用和许多其他应用。目前需要找到这种纳米结构的额外(例如，新的)用途。
因此，现有技术需要新的纳米结构装置、其生产方法和/或该装置的用途。
发明概述
提供了装置。在一个实施方案中，该装置包括具有表面的基底和多个纳米结构，所述纳米结构的每一个具有第一末端和第二末端，其中多个纳米结构的每一个的第一末端连接至所述表面。在该实施方案中，多个纳米结构的第二末端的至少部分朝向彼此弯曲而形成两个或多个相似构造的簇，每个簇包括两个或多个纳米结构。
还提供了生产方法。该生产方法非限制地可以包括在基底上形成多个纳米结构，所述多个纳米结构的每一个具有连接至所述基底的第一末端，和第二末端。该生产方法可以进一步包括使至少部分第二末端集合一起形成两个或多个相似构造的簇，所述两个或多个相似构造的簇的每一个包括两个或多个纳米结构。
进一步提供了使用方法。该使用方法在实施方案中可以包括提供装置，其中所述装置包括：1)具有表面的基底，2)多个纳米结构，每个纳米结构具有第一末端和第二末端，其中所述多个纳米结构的每一个的第一末端连接至所述表面，和3)围绕第一末端的体积可调材料(volume-tunable-material)。该使用方法可以进一步包括使所述体积可调材料暴露于刺激，所述刺激改变体积可调材料的厚度。体积可调材料厚度的改变可以使至少部分第二末端集合一起形成两个或多个具有两个或多个纳米结构的相似构造的簇，或者可以使两个或多个具有两个或多个纳米结构的相似构造的簇的第二末端分开。
附图简述
为了更全面理解本发明，现在参考与附图结合的下述说明，其中：
图1描述了根据本公开生产的装置的实施方案；
图2描述了指示如何生产根据本公开的装置的流程图；
图3描述了根据本公开生产的装置的可选实施方案；
图4和5描述了根据本公开生产的装置的另一实施方案；和
图6描述了指示如何生产根据本公开替代实施方案的装置的流程图。
详细描述
图1描述了根据本公开生产的装置的实施方案。图1的装置100包括具有表面120的基底110。在一个实施方案中，基底110包括平面基底。例如，在一个实施方案中，基底110可以包括硅晶片。而在不同的实施方案中，基底110可以包括绝缘体上硅(SOI)晶片。因此，SOI晶片通常具有介于上下硅层之间的氧化硅绝缘层。此外，基底110可以是与其他实施方案中平坦基底不同的经过地形学图案化的基底。在不同实施方案中，基底110可以包括由其他常规材料制成的单层或多个平面层。
连接至基底110的表面120的是多个(例如，在一个实施方案中是阵列)纳米结构130，例如伸长的纳米结构。本文使用的术语″纳米结构″指至少一个维度是1微米或更小的，表面上预定凸起的孤立特征。多个纳米结构130非限制地可以包括基本相同的纳米柱的规则二维阵列。本文使用的术语“柱”包括具有圆形、正方形、矩形或其他截面形状的任何结构。图1描绘的多个纳米结构130的每一个是柱形的，并且更具体为圆柱形柱。可选地，多个纳米结构130可以是基本相同的纳米柱的规则二维阵列、多个或规则阵列(例如，一维的)的基本相同的纳米板等。相应地，这些实施方案不限于任何特定纳米特征。
多个纳米结构130各自具有第一末端133和第二末端138。在该实施方案中，多个纳米结构130的每一个的第一末端133连接至表面120。而且，多个纳米结构130的第二末端138的至少部分朝向彼此弯曲而形成两个或多个相似构造的簇140。本文使用的术语″相似构造″表示簇140被有意成形(例如，非琐细(nontrivial))为彼此大体相像(例如，包括相同数目的纳米结构，具有一定相似形状，等等)，与现有技术中可能见到的随机纳米结构簇相反。
在图1的实施方案中，簇140的每一个的联合的第二末端138是接触的。例如，簇140的每一个的联合的第二末端138可被固定在一起。在该实施方案中，可使用粘合剂(例如碳酸钙)来使联合的第二末端138固定在适当位置(in place)。在可选实施方案中，粘合剂可包括任何无机、有机或聚合物材料，其将从水滴在所述结构尖端形成：例如，在各种不同实施方案中为AgCl、CdS、磁石、胶粒或聚合物。在不同实施方案中，可选构造可用以使联合第二末端138固定在适当位置。下文将证明，联合的第二末端138不需要总是彼此接触，也不需要总是固定在适当位置。
图1实施方案描述了相似构造的簇140的每一个包括仅四个纳米结构130。存在可选的实施方案，其中簇140的每一个包括少于或多于四个纳米结构130。例如，在一个可选实施方案中，簇140各自包括仅两个纳米结构130。在不同实施方案中，簇140的每一个可能包括约3至约9个纳米结构。只要多个纳米结构130朝向彼此弯曲而形成两个或多个相似构造的簇，则相似构造的簇的每一个包括至少两个纳米结构，可能存在几乎任何构造。
给定基底110上的相似构造的簇140的数目也会变化。在一个示例实施方案中，数百或甚至数千个相似构造的簇140的阵列存在于给定基底上。在不同实施方案中，一组相似构造的簇的第一阵列和不同组相似构造的簇的第二阵列存在于同一基底上。显然可以存在许多不同形式。
转到图2，描述了指示如何生产本公开装置的流程图200。为了讨论，将根据图2流程图200讨论类似于图1装置100的装置。然而，在不同实施方案中，图2流程图200可以用于生产不同于图1装置100的装置。
流程图200开始于起始步骤205。其后，在步骤210中，在基底110上形成多个纳米结构130。多个纳米结构130可以使用不同方法生产。但是在一个实施方案中，多个纳米结构130通过常规光刻和干反应离子蚀刻(DRIE)方法从硅或绝缘体上硅基底表面形成。例如，DRIE方法，例如美国专利第5,501,893号(其通过引用结合入本文，如同在本文完整再现)提出的Bosch方法，可以用来限定多个纳米结构130。但是，也可使用其他方法形成多个纳米结构130，例如从聚合物材料模塑该结构。
至少在图2的实施方案中，多个纳米结构130包括基本相同的纳米结构130的规则阵列。例如，多个纳米结构130包括限定清楚(well-defined)的纳米柱，其直径约200-300nm、高约5-10μm、周期(periodicities)约2-4μm。因此，多个纳米结构130是孤立的高长径比的刚性结构阵列(AIRS)
基底110上的多个纳米结构130的布置(layout)和几何学(尺寸)对于得到的装置100而言是重要的。例如，多个纳米结构130的布置可用以控制集合一起形成每个簇140(参见步骤240)的纳米结构130的数目。例如，单排内每个纳米结构的斜度(pitch)、宽度和长度以及相邻排的辐射方向(radial direction)可以用于构造簇140。在其中一排中一个纳米结构130的辐射方向与相邻排中另一个纳米结构130相符的一个实施方案中，多个纳米结构130可以形成具有两个纳米结构的簇。可选地，在其中一排中一个纳米结构130的辐射方向与相邻排中另一个纳米结构130成45度角的另一个实施方案中，多个纳米结构130可以形成具有四个纳米结构的簇。但可以通过改变排内纳米结构的斜度和相邻排的辐射方向而获得不同的构造。还应注意，多个纳米结构130的形状和尺寸也可用于获得不同的构造。纳米结构中弯曲的量可以受液体中诱导的毛细管力的控制。
在例如使用Bosch方法限定多个纳米结构130后，多个纳米结构130可以被清洁。在一个实施方案中，多个纳米结构130使用氩(Ar)等离子体清洁，然后被允许在用以诱导硅烷醇基生成的条件下成熟。然后，表面通常被氟化而形成斥水的疏水阵列。
在形成多个纳米结构130后，可以在步骤220中应用液体至多个纳米结构。在该实施方案中，液体可以是用以形成一个或多个液滴的任何液体，最终是允许其一个或多个液滴例如使用毛细管力使多个纳米结构130的联合第二末端138集合一起形成两个或多个相似构造的簇140的任何液体。
液体可以包括许多不同材料。例如，在一个实施方案中，液体是水。在可选实施方案中，液体是氯化钙水溶液，并允许二氧化碳扩散其中而生成碳酸钙沉淀。在不同实施方案中，液体可能包括：响应温度或UV辐射而在尖端聚合的单体水溶液，允许在尖端蒸发并沉淀的任何无机盐或氧化物水溶液(例如，氯化钠、溴化银、硫化镉、氧化锌、氧化铁)，在尖端释放胶粒并通过范德华力使它们保持在一起的胶体混悬液，或另外的相关液体。液体还可以使用各种不同方法与多个纳米结构130形成接触。在一个实施方案中，具有多个纳米结构130的基底110浸没在液体容器中。在另一实施方案中，使用滴管型装置将液体直接分散在具有多个纳米结构130的基底110上。还可以使用其他方法。
在步骤230中，液体被允许形成一个或多个液滴。在该实施方案中，一个或多个液滴的每一个将置于两个或多个联合纳米结构130之间。在其中纳米结构130最终簇(clump)成四个纳米结构130的情况下，液滴将存在于联合的四个纳米结构130的每一个之间。在其中纳米结构130最终簇成两个纳米结构130的情况下，液滴将存在于联合的两个纳米结构130的每一个之间，等等。
据信，第一液滴的形成为其他液滴定下基调。例如，如果第一液滴在四个联合纳米结构130之间的特定位置形成，则其他液滴将以类似构造从那个起始位置传播，并形成自我复制簇的规则阵列。因此，在图1的实施方案中，认为液滴将从该起始位置传播并位于联合的四个纳米结构130组之间。如果起始液滴在仅两个纳米结构130之间形成，则其通常将从该起始位置以成对的两个纳米结构130传播。
在某些情况下，液滴形成将从两个或多个不同位置传播。该情况经常会导致传播方案的缺陷，并在一定程度上起到类似装置中晶粒边界的作用。在那些其中不希望该类型构造的实施方案中，应该在其中形成纳米结构130的步骤210中特别关注。例如，认为多个纳米结构130的精确放置和第一滴的定位一般将建立仅单一传播。
在步骤240中，每一个液滴中的毛细管力使联合纳米结构130的第二末端138集合一起形成两个或多个相似构造的簇140。例如，因为毛细管力(例如，液滴移至毛细管中最小直径的需求)，联合第二末端138被集合一起形成具有两个或多个纳米结构130的相似构造的簇140。毛细管力领域技术人员将理解发生的现象，并将理解可以使用其他方法或技术来控制和/或调节毛细管力。
应注意，步骤230和240可以同时发生和/或间隔很少时间。例如，在某些情况下，第一液滴一形成，它就将开始其毛细管运动。随后的液滴和每个液滴随后的毛细管运动则将跟随。但是，在一个实施方案中，步骤230和240没有固定顺序，特别是当比较不同液滴及其毛细管移动时。
其后，在步骤250中，在毛细管力依然使多个纳米结构130集合一起形成两个或多个相似构造的簇140的同时，可以将粘合剂应用至那里以固定多个纳米结构130的联合第二末端138。在一个实施方案中，将产生以特定构造固定的两个或多个(经常是阵列)相似构造的簇140。如上所示，粘合剂例如碳酸钙、其他离子盐、胶粒、纳米管、聚合物、金属氧化物和氢氧化物等可以用于固定相似构造的簇140。
在某些情况下，粘合剂被选择为其可以被去除和/或释放。例如，在其中碳酸钙用作粘合剂的实施方案中，粘合剂结合可以通过使粘合剂经受约150℃的温度或通过使其暴露于酸而被去除。显然，如果使用另一种粘合剂，可能使用其他方法来去除它们的粘合剂结合。在完成步骤250后的某个点，该过程则将在终止步骤255结束。
图3描绘了根据本公开生产的装置300的可选实施方案。图3的装置300类似于图1的装置100，除了几处略微改变。装置300包括多个纳米结构330，该纳米结构330具有与基底310的表面320偶联的第一末端333，和第二末端338。然而，与纳米结构130的第二末端138相反，纳米结构330的第二末端338是不接触的，但依然朝向彼此弯曲。
这种略微改变可以通过多种方式实现。例如，在一个实施方案中，可以向多个纳米结构330的至少一部分添加具有塑性变形的材料。在该实施方案中，多个纳米结构330将使用类似于上文就图2所公开的方法集合。但是在该实施方案中，在粘合剂结合被释放后(或者在没有形成粘合剂结合的实施方案中，在毛细管力被破坏之后)，纳米结构330的塑性变形将导致其联合的第二末端338至少部分地保持朝向彼此弯曲。该情况由图3的簇340所示。
添加塑性变形组分的材料可以改变。但是在一个实施方案中，该材料是分等级的(graded)金/硅层。在该实施方案中，在释放结合后(无论是粘合剂结合还是毛细管结合)，硅将变直，而金将保持至少部分变形。在可选实施方案中，材料可以是聚合物涂料、其他金属(例如铜、银、铬等)或金属氧化物。然而，也可以使用许多不同材料。本领域技术人员将理解包括添加塑性变形组分的材料所需要的方法。
图4和5描述了根据本公开生产的装置400的另一实施方案。如所示，图4描述了一个构造的装置400，而图5描述了可选构造的相同装置400。装置400包括具有表面420的基底410。与基底410的表面420连接的是多个纳米结构430。具体说，多个纳米结构430的每一个的第一末端433连接至表面420。基底410和纳米结构430大体上类似于上述基底和纳米结构。
图4和5的装置400进一步包括体积可调材料450。在示例实施方案中，体积可调材料450位于基底410之上，并围绕多个纳米结构430的至少第一末端433。在某些实施方案中(未显示)，体积可调材料450使用锚定层(anchoring layer)连接至基底410的表面420。在该实施方案中，锚定层用作用以连接基底410和体积可调材料450的粘合层。在一个实施方案中，聚(甲基丙烯酸缩水甘油酯)(PGMA)的锚定层可与基底410和体积可调材料450(例如，聚丙烯酰胺水凝胶的一种)共价结合。形成PGMA层并将其偶联至聚丙烯酰胺水凝胶层的实例示于美国专利申请第10/773,120和11/239,973号，其通过引用整体结合入本文。
体积可调材料450可以包括当经受刺激时将改变厚度的任何材料。例如，在一个实施方案中，体积可调材料450包括聚合物层。聚合物层可以是有机的或是无机的。但在另一实施方案中，聚合物层是水凝胶层。然而，聚合物层可以包括其他已知的或以后发现的起体积可调材料450作用的材料。此外，可以使用不是聚合物的其他体积可调材料450。
如图4所示，当体积可调材料450是第一状态例如具有第一厚度(t1)时，多个纳米结构430的联合第二末端438朝向彼此弯曲。在该状态下，存在两个或多个相似构造的簇440，每一个包括两个或多个纳米结构430。实际上，在图4实施方案中，存在三个相似构造的簇440，每一个具有仅四个纳米结构430。
但是，如图5所示，当体积可调材料450是第二状态例如具有第二厚度(t2)时，多个纳米结构430的联合第二末端438不同样多地朝向彼此弯曲。例如，在图5的示例实施方案中，多个纳米结构430的联合第二末端438完全没有朝向彼此弯曲，因此不存在两个或多个相似构造的簇440。
许多不同的刺激可以用来改变例如图4和5构造之间的体积可调材料450的厚度，取决于其材料组成。在一个实施方案中，体积可调材料450可以响应湿度变化。例如，由湿气组成的刺激可以用来改变体积可调材料450的厚度，并导致多个纳米结构430如图4和5所示成簇(clump)或解簇(unclump)。但是可选地，体积可调材料450可以响应温度变化。例如，体积可调材料450可以包括水凝胶例如N-异丙基丙烯酰胺和N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，其可以在温度从37℃以上降低至32℃以下时(例如，至少约5℃的温度变化)膨胀至少约5倍。
此外，体积可调材料450可以包括响应由此定位的液体的pH变化而显著膨胀和收缩的材料。pH敏感的体积可调材料实例包括甲基丙烯酸羟乙酯-甲基丙烯酸和四甘醇二甲基丙烯酸酯的聚合物。这些聚合物可以在碱性条件下比酸性条件下更明显膨胀。可选地，体积可调材料450可以响应由此定位的液体的金属离子浓度变化(例如，Cu、Ni、Co和Pd离子浓度变化)而明显膨胀和收缩。这样的金属离子敏感的体积可调材料450的实例包括丙烯酰胺-2-乙烯基吡啶和N，N′-亚甲基双丙烯酰胺的聚合物。
在体积可调材料450的厚度从第一厚度(t1)变为第二厚度(t2)后，或反之亦然，体积可调材料450的厚度随后可以返回至其之前状态。在一个示例性实施方案中，这样的反转导致多个纳米结构140大体上(如果非完全)返回第一定向(first orientation)。因此，装置400可以被反复启动，每次多个纳米结构430返回初始状态，从成簇状态到打开状态。
本领域技术人员将预期，体积可调材料450的厚度返回其之前状态的反转可以通过使体积可调材料450经受与其初始经受的刺激相反的刺激或者只是去除初始刺激的存在而实现。例如，如果使用加热源来引起体积可调材料450厚度改变，则体积可调材料450可以经受冷却源而使它返回其之前厚度。可选地，如果使用湿气引起厚度的初始变化，则可以使环境干燥，从而使体积可调材料450返回其之前厚度。
对于各种实施方案而言独特的是，装置400可以达到非常快速的反应时间。例如，当水滴置于收缩状态(例如图4所示状态)的体积可调材料450上时，达到膨胀状态(例如图5所示状态)可能仅要约60毫秒。另外，如果不借助干燥，体积可调材料450回到收缩状态的反转可能仅要约4秒。显然，如果使用系统中的气流和/或通过增加温度来促进干燥过程，则该时间将大大加快。据信，许多其他实施方案可以获得类似的转换速度。
图6描述了指示如何生产根据本公开的可选实施方案的装置的流程图600。为了讨论，将使用图6流程图600生产类似于图4和5装置的装置。然而，在不同实施方案中，图6的流程图600可以用于生产不同于图4和5的装置400的装置。
流程图600使用许多与流程图200中使用的相同生产步骤。因此，类似的引用标号用于指示类似的步骤。实际上，流程图200与流程图600之间唯一所示的差别在于流程图600用图6的新步骤610替换了图2的步骤250。
在之前步骤240后发生的新步骤610包括在多个纳米结构430的第一末端433周围形成体积可调材料450(例如，围绕)。体积可调材料450可以使用多种不同方法形成。但是，在一个实施方案中，体积可调材料450通过使聚合溶液(polymerizate solution)夹在基底410和上面的限制表面(未显示)之间而形成。因此，多个纳米结构430将被聚合溶液包围。聚合溶液可以使用许多不同方法置于基底410和上面的限制表面之间；但是，在一个实施方案中，聚合溶液通过浸渍涂布或滴落流延(drop casting)而沉积于其间。但是也可以使用其他放置方法。
根据装置的设计，聚合溶液可以改变。但是在图4和5的给定实施方案中，聚合溶液包括丙烯酰胺(AA)水溶液，含有交联剂(例如，N，N′-亚甲基双丙烯酰胺(双-AA))和引发剂(例如，过硫酸铵(APS))。在该实施方案中，聚合溶液在水中可以包括约40wt％AA、约2wt％双-AA和约2wt％APS。这样的聚合溶液可以产生基于湿气变化而改变其厚度的体积可调材料450。但是，聚合物化学领域技术人员将理解，这里可以使用不同的聚合溶液。
其后，聚合溶液可以经受热启动聚合步骤，从而形成体积可调材料450。在一个实施方案中，热启动聚合步骤包括将具有聚合溶液的装置400放入热源内，并将该装置在约50℃退火约1小时以启动聚合。但是本领域技术人员理解，聚合反应时间可以随需要的最终体积可调材料450厚度而改变。因此，所公开的时间仅是一个实例。
在进行热启动聚合步骤后，装置400可以被冲洗以从其去除未反应的单体和交联分子。其后，装置400可以真空干燥，从而产生图4所示收缩的体积可调材料450。然后，施加的刺激可以用于膨胀体积可调材料450，如图5所示。
用于根据上述生产方法形成装置的方法的其他细节可以参见名称为″Environmentally Sensitive Nanostructured Surfaces(环境敏感的纳米结构表面)″的美国专利申请第11/279,220号，其通过引用整体结合入本文，如同在此再现。
装置，例如上文讨论的那些以及本公开涵盖但未明确讨论的那些，可以具有许多不同用途。例如，在各种实施方案中，所述装置可以因它们的光学性质而使用。例如，所述装置可以用作可调衍射光栅。在其他实施方案中，所述装置可以用于不同的三维光子结构(photonicstructure)。在不同实施方案中，所述装置可以用于鉴定结构。例如，生物细胞可以置于成簇结构上，通过移动尖头，可以测量细胞的机械响应。在其他实施方案中，所述装置可以用作物质或药物释放系统。例如，使体积可调材料暴露于刺激，可以导致簇打开，从而释放贮存在簇中的活性粒子。具有为亚微米级尺度并能打开和关闭的不同构造的簇的规则阵列的装置是通过其他常规纳米结构制造技术不能实现的。
本文使用的短语“提供装置”，意思是所述装置可以从已经生产了该特征的团体获得，或者可以表示自己生产该特征并为其预期目的而提供。
尽管已经详细描述了本发明，但是本领域技术人员应理解，他们能够在不背离本发明精神和范围下以其最广泛的形式做出各种变化、替代和改变。

Claims (10)

1.一种纳米结构装置，该装置包括：
具有表面的基底；
多个纳米结构，每个纳米结构具有第一末端和第二末端，其中所述多个纳米结构的每一个的第一末端连接至所述表面；和
其中所述多个纳米结构的第二末端的至少部分朝向彼此弯曲而规则形成两个或多个簇，所述两个或多个簇的每一个包括相同数目的两个或多个纳米结构。
2.权利要求1的装置，其中所述两个或多个簇的第二末端是接触的。
3.权利要求2的装置，其中所述两个或多个簇的第二末端用粘合剂固定在一起。
4.权利要求1的装置，其中所述多个纳米结构的每一个的第一末端位于体积可调材料中，所述体积可调材料用以使所述多个纳米结构的第二末端朝向彼此或远离彼此弯曲。
5.一种制备纳米结构的方法，该方法包括：
在基底上形成多个纳米结构，所述多个纳米结构的每一个具有连接至所述基底的第一末端，和第二末端；
使至少部分第二末端集合一起而规则形成两个或多个簇，所述两个或多个簇的每一个包括相同数目的两个或多个纳米结构。
6.权利要求5的方法，其中集合一起包括使用液滴与所述两个或多个纳米结构之间的毛细管力而集合一起。
7.权利要求5的方法，其中所述至少部分第二末端的塑性变形导致所述两个或多个簇的第二末端的至少部分在集合一起后保持至少部分地朝向彼此弯曲。
8.权利要求5的方法，该方法进一步包括在所述多个纳米结构的每一个的第一末端周围形成体积可调材料，并且进一步地，其中所述体积可调材料用以通过改变其体积而使所述纳米结构第二末端至少部分朝向彼此或远离彼此弯曲。
9.一种使用纳米结构的方法，该方法包括：
提供装置，该装置包括：
具有表面的基底；
多个纳米结构，每个纳米结构具有第一末端和第二末端，其中所述多个纳米结构的每一个的第一末端连接至所述表面；和
围绕第一末端的体积可调材料；并
使所述体积可调材料暴露于刺激，所述刺激改变体积可调材料的厚度，从而使至少部分第二末端集合一起规则形成两个或多个簇或者使两个或多个簇的第二末端分开，所述两个或多个簇具有相同数目的两个或多个纳米结构。
10.权利要求9的用途，其中使所述体积可调材料暴露于刺激的步骤增加其厚度，从而导致了所述两个或多个簇的第二末端分开并释放活性粒子。
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Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8753304B2 (en) * 2007-08-17 2014-06-17 The Invention Science Fund I, Llc Systems, devices, and methods including catheters having acoustically actuatable waveguide components for delivering a sterilizing stimulus to a region proximate a surface of the catheter
US8706211B2 (en) 2007-08-17 2014-04-22 The Invention Science Fund I, Llc Systems, devices, and methods including catheters having self-cleaning surfaces
US8734718B2 (en) * 2007-08-17 2014-05-27 The Invention Science Fund I, Llc Systems, devices, and methods including catheters having an actively controllable therapeutic agent delivery component
US8366652B2 (en) * 2007-08-17 2013-02-05 The Invention Science Fund I, Llc Systems, devices, and methods including infection-fighting and monitoring shunts
US8029740B2 (en) 2008-07-11 2011-10-04 The Invention Science Fund I, Llc Event-triggered self-sterilization of article surfaces
US20090163964A1 (en) * 2007-08-17 2009-06-25 Searete Llc, A Limited Liability Corporation Of The State Of Delaware System, devices, and methods including sterilizing excitation delivery implants with general controllers and onboard power
US8702640B2 (en) * 2007-08-17 2014-04-22 The Invention Science Fund I, Llc System, devices, and methods including catheters configured to monitor and inhibit biofilm formation
US8647292B2 (en) * 2007-08-17 2014-02-11 The Invention Science Fund I, Llc Systems, devices, and methods including catheters having components that are actively controllable between two or more wettability states
US8114346B2 (en) * 2007-08-17 2012-02-14 The Invention Science Fund I, Llc Event-triggered ultraviolet light sterilization of surfaces
US8162924B2 (en) 2007-08-17 2012-04-24 The Invention Science Fund I, Llc System, devices, and methods including actively-controllable superoxide water generating systems
US20090048648A1 (en) * 2007-08-17 2009-02-19 Searete Llc, A Limited Liability Corporation Of The State Of Delaware Self-sterilizing device
US20090177254A1 (en) * 2007-08-17 2009-07-09 Searete Llc, A Limited Liability Of The State Of The State Of Delaware System, devices, and methods including actively-controllable electrostatic and electromagnetic sterilizing excitation delivery system
US8460229B2 (en) 2007-08-17 2013-06-11 The Invention Science Fund I, Llc Systems, devices, and methods including catheters having components that are actively controllable between transmissive and reflective states
US9005263B2 (en) * 2007-08-17 2015-04-14 The Invention Science Fund I, Llc System, devices, and methods including actively-controllable sterilizing excitation delivery implants
US20110160644A1 (en) * 2007-08-17 2011-06-30 Searete Llc, A Limited Liability Corporation Of The State Of Delaware Systems, devices, and methods including catheters configured to release ultraviolet energy absorbing agents
WO2009158631A1 (en) * 2008-06-26 2009-12-30 President And Fellows Of Harvard College Versatile high aspect ratio actuatable nanostructured materials through replication
US8179026B2 (en) * 2008-09-04 2012-05-15 University Of Massachusetts Nanotubes, nanorods and nanowires having piezoelectric and/or pyroelectric properties and devices manufactured therefrom
US20110295090A1 (en) 2008-12-04 2011-12-01 Searete Llc, A Limited Liability Corporation Of The State Of Delaware Systems, devices, and methods including implantable devices with anti-microbial properties
US20110152751A1 (en) * 2008-12-04 2011-06-23 Searete Llc, A Limited Liability Corporation Of The State Of Delaware Systems, devices, and methods including catheters having UV-Energy emitting coatings
KR101111960B1 (ko) * 2008-12-04 2012-06-12 한국전자통신연구원 플렉서블 에너지 변환소자 및 이의 제조방법
US8585627B2 (en) * 2008-12-04 2013-11-19 The Invention Science Fund I, Llc Systems, devices, and methods including catheters configured to monitor biofilm formation having biofilm spectral information configured as a data structure
US20120295083A1 (en) * 2009-12-14 2012-11-22 Olivetti-Jet S.P.A. Patterned polymer layer with high aspect ratio
US8741417B2 (en) 2010-04-16 2014-06-03 Korea University Research And Business Foundation Films having switchable reflectivity
KR20120050821A (ko) 2010-11-11 2012-05-21 삼성전자주식회사 표시 장치, 이에 사용되는 접합 필름 및 접합 필름의 제조 방법
US9229218B2 (en) * 2010-11-29 2016-01-05 President And Fellows Of Harvard College Environmentally responsive optical microstructured hybrid actuator assemblies and applications thereof
US8842265B2 (en) * 2011-04-19 2014-09-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Configurable grating based on collapsing nano-fingers
US9101678B2 (en) 2011-11-03 2015-08-11 Elwha Llc Heat-sanitization of surfaces
US10791779B2 (en) * 2014-12-10 2020-10-06 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Polymer microwedges and methods of manufacturing same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0354204B1 (de) * 1988-08-04 1995-04-05 AVL Medical Instruments AG Optischer Sensor und Verfahren zu dessen Herstellung
JP2005304212A (ja) * 2004-04-14 2005-10-27 Sony Corp ハイドロゲルアクチュエータ

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4241045C1 (de) 1992-12-05 1994-05-26 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum anisotropen Ätzen von Silicium
DE19605214A1 (de) * 1995-02-23 1996-08-29 Bosch Gmbh Robert Ultraschallantriebselement
JP3058143B2 (ja) * 1998-02-12 2000-07-04 日本電気株式会社 圧電アクチュエータおよびその製造方法
EP1266346B1 (en) * 2000-03-23 2009-04-29 Cross Match Technologies, Inc. Piezoelectric biometric identification device and applications thereof
US6864620B2 (en) * 2000-12-22 2005-03-08 Ngk Insulators, Ltd. Matrix type actuator
US6794723B2 (en) * 2001-09-12 2004-09-21 Ngk Insulators, Ltd. Matrix type piezoelectric/electrostrictive device and manufacturing method thereof
US7061161B2 (en) * 2002-02-15 2006-06-13 Siemens Technology-To-Business Center Llc Small piezoelectric air pumps with unobstructed airflow
EP1512215B1 (en) * 2002-03-18 2011-08-17 SRI International Electroactive polymer devices for moving fluid
US7075213B2 (en) * 2004-01-28 2006-07-11 The Johns Hopkins University Variable ratio transmission elements for motor drive shafts
JP2006196364A (ja) * 2005-01-14 2006-07-27 Toshiba Corp 電界電子放出素子、およびその製造方法
US7443078B1 (en) * 2005-04-25 2008-10-28 E3 Enterprises Lp Piezo action applied

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0354204B1 (de) * 1988-08-04 1995-04-05 AVL Medical Instruments AG Optischer Sensor und Verfahren zu dessen Herstellung
JP2005304212A (ja) * 2004-04-14 2005-10-27 Sony Corp ハイドロゲルアクチュエータ

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.K.Geim,et al..Microfabricated adhesive mimicking gecko foot-hair.《Nature》.2003, *
Carmel Majidi,Richard Groff,Ron Fearing.Clumping and packing of hair arrays manufactured by nanocasting.《Proceedings of IMECE"04》.2004, *
J.-G.Fan,D.Dyer,G.Zhang,Y.-P.Zhao.Nanocarpet effect pattern formation during the wetting of vertically aligned nanorod arrays.《Nano Lett.》.2004, *
J.-G.Fan,Y.-P.Zhao.Characterization of watermarks formed in nano-carpet effect.《Langmuir》.2006, *
Y.-P.Zhao,J.-G.Fan.Clusters of bundled nanorods in nanocarpet effect.《Appl.Phys.Lett.》.2006, *

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Publication number Publication date
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