CN114147892A - 一种仿生型高长径比纤毛的制备方法 - Google Patents
一种仿生型高长径比纤毛的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114147892A CN114147892A CN202111266681.2A CN202111266681A CN114147892A CN 114147892 A CN114147892 A CN 114147892A CN 202111266681 A CN202111266681 A CN 202111266681A CN 114147892 A CN114147892 A CN 114147892A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- liquid
- solid
- length
- diameter ratio
- cilia
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 210000004081 cilia Anatomy 0.000 title claims abstract description 57
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 43
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 20
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 13
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 11
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- -1 polydimethoxysiloxane Polymers 0.000 claims description 7
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 6
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 5
- 239000012781 shape memory material Substances 0.000 claims description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 2
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims description 2
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 2
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 claims 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 20
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 20
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 14
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 8
- 238000000643 oven drying Methods 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 5
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229920000431 shape-memory polymer Polymers 0.000 description 4
- UPMLOUAZCHDJJD-UHFFFAOYSA-N 4,4'-Diphenylmethane Diisocyanate Chemical compound C1=CC(N=C=O)=CC=C1CC1=CC=C(N=C=O)C=C1 UPMLOUAZCHDJJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000003373 anti-fouling effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 241000242757 Anthozoa Species 0.000 description 1
- 241001313857 Bletilla striata Species 0.000 description 1
- 235000014653 Carica parviflora Nutrition 0.000 description 1
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000223785 Paramecium Species 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 210000003477 cochlea Anatomy 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 210000003027 ear inner Anatomy 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000003682 fluorination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000037406 food intake Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000707 layer-by-layer assembly Methods 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 210000003097 mucus Anatomy 0.000 description 1
- 210000003101 oviduct Anatomy 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000016 photochemical curing Methods 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 description 1
- 239000004632 polycaprolactone Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 description 1
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 210000003437 trachea Anatomy 0.000 description 1
- 210000004291 uterus Anatomy 0.000 description 1
- 238000009849 vacuum degassing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C39/00—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor
- B29C39/02—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles
- B29C39/026—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles characterised by the shape of the surface
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
- B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
- B29C33/3842—Manufacturing moulds, e.g. shaping the mould surface by machining
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
- B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
- B29C33/40—Plastics, e.g. foam or rubber
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
- B29C33/42—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the shape of the moulding surface, e.g. ribs or grooves
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C39/00—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor
- B29C39/22—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C39/26—Moulds or cores
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
本发明公开了一种仿生型高长径比纤毛的制备方法，属于结构仿生材料技术领域。受苍蝇翅膀纤毛表面低表面能的启发，通过纤毛的低表面能使高长径比纤毛结构容易脱模。利用二次倒模方法制备了高长径比微纤毛结构。一次倒模过程中，单个类针状物的可抽出性大大减少子模具的破坏性以及降低了取模的力度。类针状物可倾斜、形状大小可变，增加了纤毛的多样性。二次倒模过程中，子模具的破坏保证了纤毛结构的完整性，降温减少了模具与纤毛间的摩擦力。利用上述方法制备纤毛结构，其长径比仅受所使用的针状物长径比的限制，摆脱了传统制备方式的局限性，解决了无损制备高长径比微纤毛结构的难题。
Description
技术领域
本发明属于表面结构的制备方法，结构仿生材料技术领域。具体涉及一种仿生型高长径比纤毛制备方法。
背景技术
在自然界中，纤毛经常被观察到并有许多应用。例如，人体的初级纤毛可以作为嗅觉、视觉和疾病的传感器。壁虎脚上的刚毛利用范德华力增强干燥粘附力。运动纤毛被广泛认为是促动器，例如在人类气管和肺中发现的纤毛有助于清除呼吸道的粘液和灰尘。耳蜗、内耳有静止的纤毛，感知声音和重力。活动纤毛排列在输卵管内壁，将卵细胞运送到子宫。珊瑚上发现的用于屏蔽污垢生物的纤毛。草履虫(一种水生微生物)的外表面覆盖着运动纤毛，起着驱动生物通过水中的作用。一些海洋悬浮微生物的口部有纤毛生长，有利于摄食。研究人员一直在探索人工纤毛的应用领域，如微型机器人、微传感器、光、液滴/粒子操纵自清洁/ 防污表面、微流体混合、微流控泵作为微流控器件、集成片上执行器。
然而，针对这种高长径比纤毛的制备，依旧存在着许多难以解决的问题。该问题属于世界性难题。国内外的纤毛制备及发展现状如下：
1、直接制备方法
主要通过自下而上和自上而下的方法直接组装或者堆叠得到高长径比纤毛结构。
(1)自下而上的方式主要包括：3D打印，晶体生长，力场自组装、电场辅助自组装，静电自组装，磁场自组装，流体自组装等方式。这些自组装方法成功率较低，且生产的规格较为单一，难以组装成柔性结构，且在外界条件下容易遭到破坏。
(2)自下而上的方法主要包括放电等离子烧结(SPS)、X射线直写、紫外光刻、热坍塌成型、金刚石磨削、电化学腐蚀、等离子体刻蚀(MEMS)、光刻蚀等。这些制备方法虽然可以制备出高长径比高精度纤毛，但是条件苛刻，设备材料昂贵、污染环境、且难以制备出柔性纤毛。
2、间接制备方法
(1)间接制备方法主要包括倒模技术，传统的倒模技术需要在倒模前进行氟化处理，降低表面能，但氟化物对环境和人体都有危害。
(2)喷涂倒模剂(包括聚乙烯醇类、烯酸类、纤维素衍生物类、壳聚糖、白芨胶粉等)是一种目前使用较为广泛的材料，但由于成本低、效果好，目前应用十分广泛，这些方法多为一次性产品，难以多次使用，由于两模具之间成膜，降低了复制结构的精度。
以上的方法虽然能够解决高长径比纤毛制备的问题，但是不同程度的存在一些成本、环境污染以及精度降低的问题。
发明内容
受苍蝇翅膀纤毛表面低表面能的启发，通过纤毛的低表面能使高长径比纤毛结构容易脱模。本发明提出了一种仿生型高长径比纤毛的制备方法：
1)制备具有长径比的针状物阵列母版；
2)用可液固转化的材料制备子版孔模具；
3)制备具有高长径比的纤毛结构；
步骤1)的具体方法如下：将高长径比的针状物组装在具有阵列孔结构的面板上，得到具有高长径比的针状物阵列母版；
优选阵列孔结构的面板具有上下两层，且二者之间设置可控制板间距的装置；
所述的针状物包括：大头针、高长径比圆锥体、高长径比螺旋针状物和长方体；
具有阵列孔结构的面板的材质优选金属、玻璃、木材、硅胶、塑料。
步骤2)的具体方法如下：将液固转化的材料A在流体状态下浇筑在具有可控长径比的针状物阵列母版上，液固转化的材料A转化为固态后将液固转化的材料A与母版分离，得到子版孔模具；
液固转化的材料A与母版分离时可以采用分区域抽出或者单独抽出针状物的方式，以降低母版与子版之间的粘附力。
步骤3)的具体方法如下：将子版孔模具水平放置，将液固转化的材料B在流体态下浇筑在子版孔模具上，液固转化的材料B转化为固态后将液固转化的材料B与子版孔模具分离，得到具有高长径比的纤毛结构，所述的液固转化的材料B由流体转化为固态的温度低于或等于液固转化的材料A。
优选地，液固转化的材料B和液固转化的材料A之间至少有一个为柔性材料。
液固转化的材料A包括形状记忆材料、水、树脂材料，通过加热、冷却、光照方式由流体转化为固态。
优选地，液固转化的材料B为聚二甲氧基硅氧烷类、环氧树脂，通过加入固化剂方式由流体转化为固态。
步骤3)将液固转化的材料B与子版孔模具分离的方式包括：直接拔出，或使子版孔模具的液固转化的材料A转化为流体状态后取出。
本发明高长径比纤毛制备的原理在于可通过单独抽出类针状物的方式降低母版与子模具之间的粘附力，不同材料的收缩率不同降低材料间的黏附作用，以及破坏子模具，使得类针状物能够完整的复制。此外，制备的母版是造成纤毛多样性的根本原因，可大规模制造、绿色无污染、操作简单便捷、可重复使用、价格低廉等都是本发明高长径比纤毛制备显著特征。本发明与现有技术相比具有以下优点:
(1)在制备过程中，通过调节类针状物高度以及孔板之间的距离可实现微纤毛长径比按需调控。
(2)子模具完整度高：母版中单个针状物的可插拔特性避免了传统脱模过程中，粘附力过大造成子模具破坏的问题，保证了子模具的完整性。
(3)子模具易于制备可反复使用。
(4)纤毛结构可与底面倾斜一定角度：通过调整面板孔形貌，使高长径比类针状物具有一定的角度倾斜。
(5)纤毛形态可按需调整：可选择不同粗细，不同截面形貌以及不同长度的纤毛与面板组装，最终得到多种形态的阵列纤毛结构。
(6)纤毛易脱模：由于子版和高长径比纤毛的材质不同，可以通过不同收缩率降低材料间的黏附作用。
(7)纤毛尺寸小：可制备的高长径比纤毛尺寸远小于传统制备方法，其尺寸仅受针状物的限制；最大径向长度<10mm，长径比在0-1000之间。
(8)绿色无污染：在使用过程中，不使用氟化物等提高脱模效率的物质，减少了对环境的污染；
(9)可大规模制造：该方法技术要求低，可大规模制造具有纤毛结构的表面。
(10)母版类针状物可按需更换，针状物阵列可按需调整排列形式。
(11)用途广泛：可应用于防污、防黏附、自清洁、抓取物体、降低冲击、锁扣扣合，甚至向智能化材料发展。
附图说明
图1本发明制备过程示意图。
图2可控长径比的母版展示图
图3孔母板的展示图。
图4为制备出的高长径比的纤毛成品展示图
图5为赋予纤毛磁性功能后的纤毛摆动图
具体实施方式
以下采用具体实施例的形式结合附图对本发明所采用的技术方案做进一步的解释和说明。
实施例1
制备可调控的针状母版
将大头针(直径0.5mm)、具有阵列孔结构的钢板(孔直径为0.5mm，间距为2mm) 用水和乙醇分别超声清洗15min，烘干。然后，大头针垂直插入两块钢板的阵列孔和防漏纸中，形成一种可调控长径比的类针状母版。
制备聚乙烯醇孔模具
将聚乙烯醇PVA124小球以去离子水溶解，在85℃水浴中加热溶解30min，并立即将液体倒入母版。在80℃下，聚乙烯醇固化1h。固化完全后，将聚乙烯醇缓慢地从母版中垂直拔出。
制备具有高长径比的纤毛结构
将20g聚二甲氧基硅氧烷(PDMS)与固化剂以质量比10：1混合均匀，搅拌超声10min，得到粘稠状混合物。将预固化混合物倒入聚乙烯醇子版，室温下抽真空30min，并在50℃固化12h。缓慢拔出纤毛，最终得到高长径比的纤毛结构。
实施例2
制备可调控的钢质圆锥状母版
将高长径比圆锥状(底部直径0.6mm，顶部直径0.2mm高度为50mm)，插入孔直径分别为0.6mm，0.4mm的两个列孔钢板(间距0.2mm)，用水和乙醇分别超声清洗15min，烘干。得到的高长径比圆锥状母版。
制备冰孔子模具
水浇筑在母版上，-10℃下冷冻5天成冰，将锥状物缓慢拔出，最终得到一种高长径比的倾斜钢质圆锥状物。
制备具有高长径比的倾斜纤毛结构
20g聚二甲氧基硅氧烷(PDMS)与固化剂以质量比10：1混合均匀，搅拌超声10min。室温下静置5min后，在低温下将混合物浇筑在冰母版上，冷藏10天使PDMS固化。然后，将样品拿出放置室温下12h，冰融化后得到高长径比纤毛结构。
实施例3
制备可调控的玻璃制针状母版
将高长径螺旋针状物(内直径0.5mm，外直径0.6mm)，的阵列孔玻璃板(直径为0.6mm，间距为2mm)用水和乙醇分别超声清洗15min，烘干。然后，高长径比螺旋针状物插入两块玻璃的阵列孔中，得到一种可调控长径比的玻璃质螺旋针状物母版。
制备形状记忆聚合物(SMP)孔模具
6mmol聚已酸内酯二醇-400(PCL4000)和将12mmol的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)溶于160ml的二甲基甲酰胺(DMF)中，得到均匀的溶液，在80℃下反应2h，在溶液中加入16mmol MDI反应2h，再加入6mmol甘油反应1h。最后，加入三乙胺使混合物中和。将SMP(20％wt％)DMF溶液浇铸玻璃母版上。样品在真空脱气30min后，在80℃下固化 24h得到固体模具。然后单根螺旋针状物通过旋转的方式缓慢拔出。
制备具有高长径比的纤毛结构
将10g环氧树脂(EP2120)与固化剂以质量比3：1混合均匀，搅拌超声。10min后，倒入形状记忆聚合物孔模具中，并在80℃固化2h，通过破坏掉形状记忆材料，最终得到高长径比螺旋状纤毛结构。
实施例4
制备可调控的钢质针状母版
将长方体(底部边长0.2mm)，高度为50mm，间距为2mm的阵列孔钢板用水和乙醇分别超声清洗15min，烘干。然后，大头针插入两块钢板的阵列孔和蜡纸中(大头针与版间夹角为60°)，形成一种长径比的钢质针状母版。
制备聚乙烯醇孔模具
将固态聚乙烯醇在100℃下加热30min至完全流体状态，并立将聚乙烯醇PVA124小球以去离子水溶解，在85℃水浴中加热溶解30min，并立即将液体倒入母版。在80℃下，聚乙烯醇固化1h。即将液体倒入长方体阵列母版，在室温条件下，聚乙烯醇逐渐凝固，1h后，最内层聚乙烯醇降至室温，凝固完全。最后，为防止倾斜结构遭到破坏，单根长方体结构从子版中拔出，最终得到了倾斜孔模具。
制备具有高长径比的纤毛结构
将20g聚二甲氧基硅氧烷(PDMS)与固化剂以质量比10：1混合均匀，搅拌超声10min，得到粘稠状混合物。将预固化混合物倒入聚乙烯醇孔模具，在室温下抽真空30min。然后在 50℃固化12h，直接拔出纤毛结构，最终得到了倾斜60°的纤毛结构。
实施例5
制备具有梯度的柱状母版
将圆柱(直径0.2mm，高度分别为50mm、40mm、30mm)、间距为2mm的阵列孔钢板(孔直径0.2mm)用水和乙醇分别超声清洗15min，烘干。然后，圆柱按照高度降低的次序，依次插入两块钢板的阵列孔和蜡纸中，形成梯度降低的柱母版。
制备聚乙烯醇孔模具
将聚乙烯醇PVA124小球以去离子水溶解，在85℃水浴中加热溶解30min，并立即将液体倒入母版。在80℃下，聚乙烯醇固化1h。片状起钉器插入钉底和模板之间，一排排起出，最终得到了柱高度梯度降低的孔模具。
制备具有梯度的高长径比纤毛结构
将20g聚二甲氧基硅氧烷(PDMS)与固化剂以质量比10：1混合均匀，搅拌超声10min，得到粘稠状混合物。将预固化混合物倒入聚乙烯醇子版，在室温下抽真空30min。然后在50℃固化12h，直接拔出纤毛结构，最终得到了具有高度梯度的纤毛结构。
实施例6
制备可调控的针状母版
将大头针(直径0.5mm)、具有阵列孔结构的钢板(孔直径为0.5mm，间距为2mm) 用水和乙醇分别超声清洗15min，烘干。然后，大头针垂直插入两块钢板的阵列孔和防漏纸中，形成一种可调控长径比的类针状母版。
制备聚乙烯醇孔模具
将聚乙烯醇PVA124小球以去离子水溶解，在85℃水浴中加热溶解30min，并立即将液体倒入母版。在80℃下，聚乙烯醇固化1h后缓慢地从母版中垂直拔出。
制备具有高长径比的纤毛结构
将20g聚二甲氧基硅氧烷(PDMS)与固化剂以质量比10：1混合均匀，搅拌超声10min，添加等质量的羰基铁粉，搅拌超声10min后，得到混合物。将预固化混合物倒入聚乙烯醇子版，室温下抽真空30min，并在50℃固化12h。缓慢拔出纤毛，最终得到可磁控的高长径比的纤毛结构。
实施例7
制备可调控的玻璃制针状母版
将高长径螺旋针状物(内直径0.5mm，外直径0.6mm)，的阵列孔玻璃板(直径为0.6mm，间距为2mm)用水和乙醇分别超声清洗15min，烘干。然后，高长径比螺旋针状物插入两块玻璃的阵列孔中，得到一种可调控长径比的玻璃质螺旋针状物母版。
制备形状光固化树脂孔模具
将光固化树脂填充在浇铸玻璃母版上。样品在真空脱气30min，紫外照射20S后，得到固体模具。然后单根螺旋针状物通过旋转的方式缓慢拔出。
制备具有高长径比的纤毛结构
将10g环氧树脂(EP2120)与固化剂以质量比3：1混合均匀，搅拌超声。10min后，倒入光固化树脂孔模具中，并在80℃固化2h，通过破坏掉形状记忆材料，最终得到高长径比螺旋状纤毛结构。
Claims (9)
1.一种仿生型高长径比纤毛的制备方法，其特征在于，该方法的步骤如下：
1)制备具有长径比的针状物阵列母版；
2)用可液固转化的材料制备子版孔模具；
3)制备具有高长径比的纤毛结构；
步骤2)的具体方法如下：将液固转化的材料A在流体状态下浇筑在具有可控长径比的针状物阵列母版上，液固转化的材料A转化为固态后将液固转化的材料A与母版分离，得到子版孔模具；
液固转化的材料A与母版分离时可以采用分区域抽出或者单独抽出针状物的方式，以降低母版与子版之间的粘附力；
步骤3)的具体方法如下：将子版孔模具水平放置，将液固转化的材料B在流体态下浇筑在子版孔模具上，液固转化的材料B转化为固态后将液固转化的材料B与子版孔模具分离，得到具有高长径比的纤毛结构，所述的液固转化的材料B由流体转化为固态的温度低于或等于液固转化的材料A。
2.根据权利要求1所述的一种仿生型高长径比纤毛的制备方法，其特征在于，步骤1)的具体方法如下：将高长径比的针状物组装在具有阵列孔结构的面板上，得到具有高长径比的针状物阵列母版。
3.根据权利要求2所述的一种仿生型高长径比纤毛的制备方法，其特征在于，阵列孔结构的面板具有上下两层，且二者之间设置可控制板间距的装置。
4.根据权利要求1或2所述的一种仿生型高长径比纤毛的制备方法，其特征在于，所述的针状物包括：大头针、高长径比圆锥体、高长径比螺旋针状物和长方体。
5.根据权利要求2所述的一种仿生型高长径比纤毛的制备方法，其特征在于，具有阵列孔结构的面板的材质为金属、玻璃、木材、硅胶或塑料。
6.根据权利要求1所述的一种仿生型高长径比纤毛的制备方法，其特征在于，液固转化的材料B和液固转化的材料A之间至少有一个为柔性材料。
7.根据权利要求1所述的一种仿生型高长径比纤毛的制备方法，其特征在于，液固转化的材料A包括石蜡、形状记忆材料、水、树脂材料，通过加热、冷却、光照方式由流体转化为固态。
8.根据权利要求1所述的一种仿生型高长径比纤毛的制备方法，其特征在于，液固转化的材料B为聚二甲氧基硅氧烷类、环氧树脂，通过加入固化剂方式由流体转化为固态。
9.根据权利要求1所述的一种仿生型高长径比纤毛的制备方法，其特征在于，步骤3)将液固转化的材料B与子版孔模具分离的方式包括：直接拔出，或使子版孔模具的液固转化的材料A转化为流体状态后取出。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111266681.2A CN114147892A (zh) | 2021-10-28 | 2021-10-28 | 一种仿生型高长径比纤毛的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111266681.2A CN114147892A (zh) | 2021-10-28 | 2021-10-28 | 一种仿生型高长径比纤毛的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114147892A true CN114147892A (zh) | 2022-03-08 |
Family
ID=80458536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111266681.2A Pending CN114147892A (zh) | 2021-10-28 | 2021-10-28 | 一种仿生型高长径比纤毛的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114147892A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114812875A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-07-29 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种分层式大长径比磁性纤毛传感器、制备方法及其应用 |
| WO2024103827A1 (zh) * | 2022-11-18 | 2024-05-23 | 思摩尔国际控股有限公司 | 一种多孔有序基体材料及其制备方法和应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105047525A (zh) * | 2015-03-20 | 2015-11-11 | 西北工业大学 | 一种高深宽比柔性纳米柱阵列的制造方法 |
| CN109278219A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-01-29 | 大连理工大学 | 一种微针模板及其制备方法与应用 |
| CN109876874A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-06-14 | 北京航空航天大学 | 一种定向输运液滴的超疏水磁性微纤毛阵列及其制备方法和应用 |
-
2021
- 2021-10-28 CN CN202111266681.2A patent/CN114147892A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105047525A (zh) * | 2015-03-20 | 2015-11-11 | 西北工业大学 | 一种高深宽比柔性纳米柱阵列的制造方法 |
| CN109278219A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-01-29 | 大连理工大学 | 一种微针模板及其制备方法与应用 |
| CN109876874A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-06-14 | 北京航空航天大学 | 一种定向输运液滴的超疏水磁性微纤毛阵列及其制备方法和应用 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114812875A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-07-29 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种分层式大长径比磁性纤毛传感器、制备方法及其应用 |
| CN114812875B (zh) * | 2022-03-29 | 2023-05-30 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种分层式大长径比磁性纤毛传感器、制备方法及其应用 |
| WO2024103827A1 (zh) * | 2022-11-18 | 2024-05-23 | 思摩尔国际控股有限公司 | 一种多孔有序基体材料及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114147892A (zh) | 一种仿生型高长径比纤毛的制备方法 | |
| CN104002474B (zh) | 具有微纳复合结构的超疏水且粘附可调表面的制备方法及其应用 | |
| CN107803983B (zh) | 用于熔融沉积打印的形状记忆聚合物复合4d打印线的制备方法及应用方法 | |
| Beyer et al. | 3D alginate constructs for tissue engineering printed using a coaxial flow focusing microfluidic device | |
| Li et al. | Direct ink writing of 3D piezoelectric ceramics with complex unsupported structures | |
| CN105911620A (zh) | 一种具有毫微纳三级结构复眼透镜的制造方法 | |
| CN203888227U (zh) | 一种碳纤维管型件成型装置 | |
| CN102226446B (zh) | 一种兆瓦级风机叶片剪腹板及其辅助粘接角的制备方法 | |
| CN103172019A (zh) | 一种干粘附微纳复合两级倾斜结构的制备工艺 | |
| CN110141972A (zh) | 碟盘式平板陶瓷过滤膜的制备方法 | |
| CN104210064A (zh) | 一种led模压封胶装置及其封胶方法 | |
| CN105366918A (zh) | 基于锡液介质超声振动辅助模压成形的方法及其专用成形装置 | |
| CN102522494A (zh) | 同时具有驱动和传感能力的组合功能器件及其制备和应用 | |
| CN113548882A (zh) | 一种堇青石陶瓷器件及其制备方法与应用 | |
| CN112590083A (zh) | 基于微纳增材制备仿生黏附材料的方法 | |
| CN114407253A (zh) | 一种基于软脱模的腔道结构及其制备方法 | |
| JP6915328B2 (ja) | 立体構造物の製造方法 | |
| CN102230981A (zh) | 玻璃基有机硅复合菲涅尔透镜及透镜阵列及其制备方法 | |
| CN209868903U (zh) | 一种生产水泥制品用的塑料模型 | |
| CN103360614A (zh) | 一种长度可控的聚合物纳米柱阵列的制备方法 | |
| CN112008920A (zh) | 用于生产火箭发动机复合材料壳体的芯模及其成型方法 | |
| CN203510641U (zh) | 一种光学塑料透镜注塑浇口 | |
| CN102010597B (zh) | 一种二维纳米阵列管道制备方法 | |
| CN102649034B (zh) | 电泳显示用微胶囊的制作装置和制作方法 | |
| CN107128934B (zh) | 轻质空心气凝胶球成型方法及其使用的模具 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |