CN104401144A - 一种基于皱纹模板转移的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种关于皱纹模板转移的方法，它是结合了微接触印刷技术，来实现在PDMS柔性基底上转移，首先是，通过拉伸、氧等离子体处理，一步法成功的制备PDMS皱纹模板，然后将PDMS皱纹模板在0.01～0.1mol/L的NaOH溶液中浸泡60min，其目的是为了使PDMS皱纹表面具有充分的亲水集团(-OH)，然后进行干燥，再与亲水性的PDMS基底(紫外臭氧处理5min)充分接触，在恒温鼓风干燥箱中，70℃-80℃加热30-60min，最后去除模板，在基底上就留下了一定的微图案。这种方法得到微图案，简单方便。与之前的转移方法相比较，能够实现模板较大面积的转移，转移形貌比较完好，缺陷较少。

Description

一种基于皱纹模板转移的方法
技术领域
本发明属于薄膜转移技术，更具体地说，是PDMS(聚二甲基硅氧烷)薄膜的转移技术，涉及一种关于PDMS皱纹模板的转移方法。 
背景技术
微接触印刷是软印刷技术之一，它是以制备好的模板作为媒介，以大分子或者墨水作为中间物质，根据这种大分子或者墨水对基底和模板的粘附力的不同，实现墨水或者大分子在基底上有规则性的排列。微接触印刷的步骤如图所示。虽然微接触印刷操作简单、实用，但是也存在一些问题，比如说墨水对弹性模带来的溶胀作用，以及PDMS印章模板的疏水性等。由于模板印章尺寸的限制，可能在接触的过程中，还会带来塌陷等模板变形的问题，从而影响基底上获得的微接触印刷的形貌。随着微接触印刷在生物医疗方面的广泛应用，蛋白质、有机高分子越来越多的被作为转移的对象，同样也拓展了基底的范围。 
Childs和Nuzzo基于上述界面化学反应的机理，在2005年发明了另一种软印刷技术—贴花转移印刷(简称DTL)，贴花转移印刷是一种把模板上的图案转移到基底上的技术，这种技术分为两种方法，一是应力失效；这个方法是通过模板和基底接触在界面形成的化学键，然后揭开模板，最后将模板上的图案留在基底上；另一种是选择性的图案释放，这个技术是，在有图案的模板上，旋涂PDMS通过处理制造出一个非粘结性的表面，之后与基底接触反应，最后就把图案留在了基底上。前者是基于亲水性的模板和基底，当二者在一定温度下接触一段时间后，界面之间的亲水基团-OH发生聚合，脱去水分子形成-Si-O-Si-，最后把模板去除掉，就在基底上留下了一定的图案。 
但是对于微接触印刷和贴花转移技术，模板的应用范围大多都是通过光刻制成的规整、平面的模板，虽然已有平面的模板在曲面的基底上的转移，Child等人将贴花转移技术扩展到了平面的模板在曲面的玻璃基底上进行转移，但是获得的形貌仍然需要进行后处理，过程复杂，不易制得。 
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于皱纹模板转移的方法，解决现有技术中模板转移过程复杂，不易制得的问题。 
本发明通过以下的技术方案予以实现： 
一种基于皱纹模板转移的方法，包括以下步骤： 
(1)通过拉伸、氧等离子体处理，一步法制备PDMS皱纹模板； 
(2)将PDMS皱纹模板在0.01～0.1mol/L的NaOH溶液中浸泡，使PDMS皱纹表面具有充分的亲水集团； 
(3)将皱纹模板取出干燥，与亲水性PDMS基底接触，在70～80℃下，加热30～60min，得到了柔性基底上的微图案形貌。 
所述步骤(1)拉伸、氧等离子体处理是指将PDMS弹性体薄膜拉伸10％，经过氧等离子体处理15min，最后缓慢回缩至未拉伸的状态。 
所述步骤(2)NaOH溶液中浸泡时间为60min。 
所述步骤(3)亲水性PDMS基底是指将PDMS基底用紫外臭氧处理5min，在PDMS表面形成一定的亲水性。 
本发明的有益效果是：本发明的制备方法与之前的转移方法相比较，能够实现模板较大面积的转移，转移形貌比较完好，缺陷较少。 
附图说明
图1NaOH浓度对PDMS皱纹模板形貌的影响的光学显微镜图(实施例1～4)； 
图2PDMS基底上转移的光学显微镜图(实施例1～4)； 
图3温度对PDMS皱纹模板转移影响的光学显微镜图(实施例5～7)。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。 
第一步：PDMS皱纹模板的制备 
将PDMS预聚体与交联剂按质量比为10：1混合，用玻璃棒充分搅拌，倒入特定器皿中。混合好的预聚合物中有小气泡，需通过循环水式多用真空泵来脱气一段时间。脱气完成后，将其放入恒温鼓风干燥箱进行固化处理。将制备好的PDMS弹性薄膜，切成5cm*1cm的长方形长条，然后采用自制的一般拉伸台，将PDMS弹性体薄膜拉伸10％(5cm～5.5cm)，经过氧等离子体处理15min，最后缓慢回缩至未拉伸的状态，切成1cm*1cm的正方形备用。 
第二步：PDMS皱纹模板的NaOH溶液浸泡 
采用不同浓度的NaOH溶液浸泡，观察皱纹模板在浸泡前后的变化。 
第三步：PDMS皱纹模板在PDMS基底上的转移 
将干燥好的PDMS皱纹模板与亲水性的PDMS基底接触，在70℃，80℃，135℃，200℃下进行加热，在PDMS基底上得到了一定形貌的微图案。 
PDMS皱纹模板在NaOH溶液浸泡，经过氧等离子体(OP)曝光处理回缩得到的皱纹模板是表面光滑的正弦形貌，在浸泡相同时间时，当NaOH溶液浓度小于0.1mol/L的时候，模板正弦型的表面仍是光滑的，在光镜下观察，没有粗糙的颗粒物质；但当浓度为1mol/L时，模板的由开始光滑的表面开始变得粗糙，在凹槽的地方有颗粒物质生成，这是由于当碱溶液浓度过大的时候，由于PDMS皱纹模板经过氧等离子体处理后，在表面形成了类似于硅氧层的物质，NaOH和PDMS表面的SiOx发生了反应，生成了类似硅酸盐的物质，因此表面变得粗糙，甚至有颗粒状的物质。 
NaOH浓度对转移的影响，浓度为0时，在PDMS基底上转移的图案，边缘不平滑；图2(b)～(d)所示的光学显微镜图片，即当浓度在0.01～0.1mol/L的时候，基底上的形貌边缘规整，形貌均一，基底上转移的形貌基本没差别；当浓度为1mol/L时，模板已经开始发生变形，该皱纹模板已经不适宜再用作转移，所以在基底上得到的形貌不均一。所以当NaOH浓度在0.01～0.1mol/L时，对转移的形貌没有较大的影响。 
在图3(a)中，形貌较为规整，没有发生变形和扭曲，虽然在狭窄的凹槽处，有些不规则的点状，这可能是由于模板揭开时撕扯留下的缺陷，但在宏观上，PDMS基底仍保持着良好的弹性和柔性。在图3(c)中，在135℃下加热的样品，在转移的形貌的垂直方向上，有较多的横向缺陷，在图3(d)中，基底上的形貌发生变形和扭曲。在宏观上，由于温度升高，基底和模板柔性下降，揭开模板的过程中，基底和模板容易发生断裂。这是由于在高温加热时，未交联的PDMS弹性体中的小分子，在较高的温度下，重新发生聚合，从而导致PDMS基底以及模板的弹性模量增加，导致基底和模板的弹性以及柔性下降，以至于PDMS弹性体变脆，揭开模板时，模板不容易保证完整，所以最佳的加热温度是70℃。 
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。 
实施例1 
称取4.0gNaOH，加入100mL去离子水，搅拌均匀，配置成1mol/L的NaOH溶液。量取0.1mL的1mol/L的NaOH溶液，加去离子水稀释到10mL，制得0.01mol/L的NaOH溶液。然后将PDMS皱纹模板浸泡在NaOH溶液中，然后再将模板取出干燥，与亲水性基底接触，在70℃下加热30min，得到了柔性基底上的微图案形貌。 
实施例2 
称取4.0gNaOH，加入100mL去离子水，搅拌均匀，配置成1mol/L的NaOH溶液。量取0.5mL的1mol/L的NaOH溶液，加去离子水稀释到10mL，制得0.05mol/L的NaOH溶液。然后将PDMS皱纹模板浸泡在NaOH溶液中，然后再将模板取出干燥，与亲水性基底接触，在70℃下加热30min，得到了柔性基底上的微图案形貌。 
实施例3 
称取4.0gNaOH，加入100mL去离子水，搅拌均匀，配置成1mol/L的NaOH溶液。量取1mL的1mol/L的NaOH溶液，加去离子水稀释到10mL，制得0.1mol/L的NaOH溶液。然后将PDMS皱纹模板浸泡在NaOH溶液中，然后再将模板取出干燥，与亲水性基底接触，在70℃下加热30min，得到了柔性基底上的微图案形貌。 
实施例4 
称取4.0gNaOH，加入100mL去离子水，搅拌均匀，配置成1mol/L的NaOH溶液。然后将PDMS皱纹模板浸泡在NaOH溶液中，然后再将模板取出干燥，与亲水性基底接触，在70℃下加热30min，得到了柔性基底上的微图案形貌。 
实施例5 
称取4.0gNaOH，加入100mL去离子水，搅拌均匀，配置成1mol/L的NaOH溶液。量取1mL的1mol/L的NaOH溶液，加去离子水稀释到10mL，制得0.1mol/L的NaOH溶液。然后将PDMS皱纹模板浸泡在NaOH溶液中，然后再将模板取出干燥，与亲水性基底接触，在80℃下加热60min，得到了柔性基底上的微图案形貌。 
实施例6 
称取4.0gNaOH，加入100mL去离子水，搅拌均匀，配置成1mol/L的NaOH溶液。量取1mL的1mol/L的NaOH溶液，加去离子水稀释到10mL，制得0.1mol/L的NaOH溶液。然后将PDMS皱纹模板浸泡在NaOH溶液中，然后再将模板取出干燥，与亲水性基底接触，在135℃下加热30min，得到了柔性基底上的微图案形貌。 
实施例7 
称取4.0gNaOH，加入100mL去离子水，搅拌均匀，配置成1mol/L的NaOH溶液。量取1mL的1mol/L的NaOH溶液，加去离子水稀释到10mL，制得0.1mol/L的NaOH溶液。然后将PDMS皱纹模板浸泡在NaOH溶液中，然后再将模板取出干燥，与亲水性基底接触，在200℃下加热30min，得到了柔性基底上的微图案形貌。 
尽管上面结合附图对本发明专利的优选实施例进行了描述，但是本发明专利并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普 通技术人员在本发明专利的启示下，在不脱离本发明专利宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明专利的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种基于皱纹模板转移的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过拉伸、氧等离子体处理，一步法制备PDMS皱纹模板；
(2)将PDMS皱纹模板在0.01～0.1mol/L的NaOH溶液中浸泡，使PDMS皱纹表面具有充分的亲水集团；
(3)将皱纹模板取出干燥，与亲水性PDMS基底接触，在70～80℃下，加热30～60min，得到了柔性基底上的微图案形貌。
2.根据权利要求1所述基于皱纹模板转移的方法，其特征在于，所述步骤(1)拉伸、氧等离子体处理是指将PDMS弹性体薄膜拉伸10％，经过氧等离子体处理15min，最后缓慢回缩至未拉伸的状态。
3.根据权利要求1所述基于皱纹模板转移的方法，其特征在于，所述步骤(2)NaOH溶液中浸泡时间为60min。
4.根据权利要求1所述基于皱纹模板转移的方法，其特征在于，所述步骤(3)亲水性PDMS基底是指将PDMS基底用紫外臭氧处理5min，在PDMS表面形成一定的亲水性。
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