技术领域
[0001] 本
发明涉及用于制备包括非磁性基体和根据预定图案布置在该基体内的多个三维磁性微结构体的膜的方法。
背景技术
[0002] 磁泳涉及物体在不均匀
磁场作用下的移动。
[0003] 其目前用于处理操作如物体的捕获、分离、混合和运输，所述物体包括例如通过磁性纳米颗粒或微米颗粒功能化的
生物物质。
[0004] 作用于磁性颗粒的磁泳
力通过以下表达式给出：
[0005]
[0006] 其中，Mp为颗粒的磁矩，与其体积成比例， 为颗粒放置在其中的
磁场梯度。
[0007] 根据等式(1)，对放置在均匀磁场中的物体施加的磁力为零，这与磁场的值无关，无论磁场多高。
[0008] 因此，用于产生明显磁力的必要条件之一是磁场梯度的存在，即在空间中局部不均匀的磁场的存在。
[0009] 因此，目的是产生最强的可能磁场梯度，以及在亚毫米尺度产生最强的可能磁场梯度。
[0010] 主要开发用于控制和/或处理
铁磁性或超
顺磁性的物体的微型装置目前使用微线圈或与外部磁场耦合的软磁材料，可能地联合使用两者。
[0011] 第一种微型装置基于使用通常通过常规微制造技术、如
光刻法实施的微线圈。
[0012] 然而，这些微线圈具有三个主要缺点。
[0013] 一方面，产生的磁场受
电路的发热限制。
[0014] 事实上，由具有
电阻R的线圈产生的磁场直接与流过线圈的
电流强度I成比例。2
[0015] 在时间t期间，电流强度I的电流在电路中的流动通过焦
耳效应(RI×t)造成发热，这必然导致对电流的限制，从而导致对产生的磁场的限制。2 -4
[0016] 举例来说，在具有100μm横截面的
铜导体中的连续电流为10 A的数量级。
[0017] 这种导体的具有10μm半径的单个线圈的磁场为0.1mT的数量级，最大磁场梯度2
为10T/m的数量级。
[0018] 利用脉冲电流馈送，微线圈可以产生比利用连续电流高得多的场，一般为其1000倍，但是持续通常小于一毫秒的时间，这不适合用于预期的应用。
[0019] 此外，这些微线圈通常需要外部电流馈电用于其工作。
[0020] 第二种微型装置将软磁材料的使用与外部宏观磁场结合。
[0021] 置于外部磁场中时，软磁材料被磁化，然后以与
永磁体相似的方式表现为场源。
[0022] 用于磁场微源的软磁材料通过微/纳米制造技术来实施。
[0023] 获得的磁场源具有实施的软磁材料的图案的大小，即亚毫米尺寸。
[0024] 置于外部宏观磁场中，这些源产生强磁场和基本在图案尺度上调节的场梯度。
[0025] 使用可变的和可切换的外部磁场使这些磁源可变和可切换。
[0026] 最后，近来已经描述了制造包括膜的装置，所述膜由沉积在
硅衬底上的硬磁材料制成，其通过使用微制造技术[Walther09]进行形貌结构化，或者进行热磁性[Dumas-Bouchiat10]结构化，以形成多个微磁体。
[0027] 这些装置提供自主的优点，这是因为一旦被磁化，它们就不需要
能源或外部磁场源。
[0028] 此外，由此形成的微磁体产生强的磁场梯度，高至106T/m。
[0029] 然而，制造这些不同的装置是昂贵的，这是因为其需要前沿的技术，由此不适合于大量低成本装置的生产。
[0030] 特别地，基于硅衬底的技术受这些衬底的可用尺寸限制，因此面临不能形成大尺寸装置的问题。
[0031] 此外，一定的装置柔性对于一些应用是理想的。
[0032] 此外，例如对于体外应用，有用的是具有透明或差不多半透明的装置，以使得通过光学透射
显微镜能够观察受产生的磁场影响的颗粒的行为。
[0033] D.Issadore等的文章“Self-Assembled magnetic filter for highly efficient immunomagnetic separation”(Lab Chip,2011,11,第147-151页)报道了
聚合物膜的制造，其包括以悬浮的方式将NdFeB的颗粒置于聚二甲基硅
氧烷(PDMS)中，通过施增强的外部磁场使所述颗粒磁化，然后使PDMS成网状，从而固定NdFeB颗粒。
[0034] 然而，颗粒在PDMS基体中的分布是随机的。
[0035] 此外，每个颗粒都与其周围的颗粒分离，使得由此形成的阱具有单个颗粒的尺寸，从而具有有限的捕获能力。
[0036] 因此，存在制造在亚毫米尺度产生高的磁场梯度并可以以低成本制造的装置的需求。
[0037] 此外，根据想要的应用，该装置必须能够具有柔性和/或是透明的。
[0038] 本发明的另一目的是限定一种简单且经济的方法，所述方法用于制备能够以永久的方式或在外部磁场的作用下被磁化以在亚毫米尺寸产生大的磁场梯度的装置。
发明内容
[0039] 根据本发明，提出一种用于制备包括非磁性基体和根据预定图案布置在所述基体内的多个三维磁性微结构体的膜的方法，其包括以下步骤：
[0040] -提供母基底，其包括由多个磁场微源形成的磁性结构化面，所述磁场微源具有2 6
10T/m至10T/m的磁场梯度，
[0041] -将磁性微米颗粒或纳米颗粒添加到所述母基底的磁性结构化面，所述颗粒在由磁场梯度施加的吸引磁泳力作用下聚集成布置在母基底的表面上的三维微结构体，[0042] -将由非磁性材料制成的基体沉积到母基底的磁性结构化面上，以包封所述布置的微结构体并形成所述膜，
[0043] -从母基底剥离所述膜。
[0044] 纳米颗粒应理解为表示尺寸为纳米尺度，即特征尺寸如平均直径小于100nm的颗粒。
[0045] 微米颗粒应理解为表示尺寸为微米尺度，即特征尺寸如平均直径为100nm至1mm的颗粒。
[0046] 微磁体应理解为表示至少两个维度为微米尺度，即厚度和/或长度和/或宽度为100nm至100μm的磁体。
[0047] “表面的磁性结构化”(无论其为平面的、弯曲的和/或具有凹凸部分(凸部或凹部))应理解为指表面具有根据预定图案分布的不同磁化区域。
[0048] “填充因数”应理解为表示以三维结构布置在膜的一部分中的纳米颗粒或微米颗粒占据的体积与所考虑部分的体积的比例。
[0049] 根据一个实施方案，在沉积磁性微米颗粒或纳米颗粒之前，将层沉积到母基底的磁性结构化面上，以有助于之后从母基底剥离所述膜。
[0050] 基体可以由弹性体材料制成，所述弹性体材料使得能够形成柔性膜。
[0051] 对于其他应用，相反地，基体可以由刚性材料制成。
[0052] 用于基体的优选材料可以包括弹性体(如聚二甲基硅氧烷(PDMS)或
橡胶等)；热塑性材料(如聚甲基
丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对二
甲苯或聚苯乙烯等)；热固性材料(如聚酯、环氧
树脂、
酚醛树脂或光敏树脂(如SU-8)等)；氧化物，如SiO2、Al2O3或HfO2；金属，如Cu或Ag；或者
碳材料，如
石墨或DLC。
[0053] 在一个特别有利的方式中，在将所述微米颗粒或纳米颗粒沉积到母基底期间或之后，振动所述母基底和/或颗粒以优化微米颗粒或纳米颗粒相对于磁场微源的分布。
[0054] 此外，在沉积非磁性基体之前，可以将气体射流施加到母基底，以优化纳米颗粒相对于磁场微源的分布和/或除去未被母基底的磁场捕获的颗粒。
[0055] 根据一个有利的实施方案，在沉积非磁性基体之前，将液相配体沉积到布置在母基底的表面的微结构体上，以增强形成所述微结构体的微米颗粒或纳米颗粒的力学内聚力。
[0056] 得自该方法的膜由此具有两个相反的面，微米颗粒或纳米颗粒填充因数在所述两个相反的面之间变化，预先与母基底
接触的面附近的填充因数大于在相反的面附近的填充因数。
[0057] 可能地，在剥离膜之后，将导电材料沉积到膜的表面的至少一部分上。
[0058] 根据本发明的一个应用，当膜为柔性时，可以使其卷绕以形成管。
[0059] 根据本发明的一个实施方案，母基底的磁性结构化面具有至少一个凹部和/或至少一个凸部，使得在剥离后，膜具有与母基底的凹部和/或凸部互补的凸部和/或凹部。
[0060] 根据本发明的一个不同的实施方案，基体包含热塑性材料，并且在剥离膜之后，所述膜通
过热成形贴靠模具来成型。
[0061] 根据本发明的一个实施方案，微米颗粒或纳米颗粒由软磁材料制成。
[0062] 在一个优选的方式中，所述微米颗粒或纳米颗粒于是由以下材料之一制成：Fe、CoFe、NiFe、Fe3O4或Fe2O3。
[0063] 可替代地，微米颗粒或纳米颗粒由硬磁材料制成。
[0064] 所述微米颗粒或纳米颗粒于是优选由以下材料之一制成：NdFeB、FePt、SmCo、BaFe12O19、SrFe12O19或CoFe2O4。
[0065] 在这种情况下，可以有利地使膜经受外部磁场，以使三维磁性微结构体永久地磁化。
[0066] 根据本发明的其他特征，单独地或组合地采取以下：
[0067] -磁性微米颗粒或纳米颗粒的平均特征尺寸为10nm至100μm；
[0068] -所述三维磁性微结构体在与母基底的磁性结构化面平行的平面中的一个维度为10nm至500μm；
[0069] -所述三维磁性微结构体在与母基底的磁性结构化面垂直的平面中的维度为10nm至1mm。
[0070] 本发明还涉及一种用于制造包括多个微磁体的磁性装置的方法，其包括制备根据上述方法的膜和对所述膜施加外部磁场，以使所述膜的基体中包封的三维磁性微结构体磁化。
[0071] 根据本发明的一个有利的实施方案，制备包括至少一个凹部的膜，通过将所述膜与通过与上述方法相同方法制备的具有磁性结构化表面的膜组装来使所述凹部闭合以形成微
流体通道，所述微流体通道由此具有两个磁性结构化壁。
[0072] 本发明的另一个目的涉及一种包括非磁性基体和根据预定图案布置在所述基体内的多个三维磁性微结构体的膜，所述微结构体是由磁性微米颗粒或纳米颗粒的聚集体形成的。
[0073] 基体优选由选自以下的材料制成：弹性体(如聚二甲基硅氧烷(PDMS)或橡胶等)；热塑性材料(如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对二甲苯或聚苯乙烯等)；热固性材料(如聚酯、
环氧树脂、酚醛树脂或光敏树脂(如SU-8)等)；氧化物，如SiO2或Al2O3；金属，如Cu或Ag；和碳材料，如石墨和DLC。
[0074] 根据所述膜的其他任选特征：
[0075] -所述三维磁性微结构体在与膜的面平行的平面中的一个维度为10nm至500μm；
[0076] -所述三维磁性微结构体在与膜的面垂直的平面中的维度为10nm至1mm。
[0077] 本发明还涉及一种包括多个微磁体的装置，所述装置包括如上所述的膜，三维磁性微结构体为永久地磁化的，或为通过外部磁场磁化的。
[0078] 根据所述装置的一个实施方案，膜包括至少一个凹部，所述膜组装到具有磁性结构化表面的膜中，使得所述凹部与所述膜一起形成微流体通道。
[0079] 根据一个实施方案，所述装置具有通过卷绕膜形成的管的形状。
[0080] 最后，本发明的另一目的涉及一种用于从粉末中回收磁性颗粒的方法，其特征在于，使所述粉末通过输送带，所述输送带的表面的至少一部分包括如上所述的膜，其特征还在于由设置在所述膜中的微结构体来捕获待回收的磁性颗粒。
[0081] 根据一个实施方案，待回收的颗粒包含稀土。
[0082] 根据一个不同的实施方案，待回收的颗粒包含铂和/或钯。
[0083] 根据一个不同的实施方案，粉末包含
高岭土，待回收以
净化所述粉末的颗粒为
铁磁性颗粒、
亚铁磁性颗粒或顺磁性颗粒。
[0084] 根据一个不同的实施方案，通过铁磁性颗粒、亚铁磁性颗粒或
超顺磁性颗粒来使核废弃物粉末功能化，以通过捕获所述废弃物附着的磁性颗粒来回收所述废弃物。
[0085] 最后，本发明涉及一种用于从粉末中回收磁性颗粒的装置，其特征在于，其包括用于传送所述粉末的至少一个输送带，其特征还在于，所述输送带的用于与粉末接触的表面的至少一部分包括如上所述的膜。
附图说明
[0086] 参照附图，通过下文的详细说明，本发明的其他特征和优点会变得明显，其中：
[0087] -图1A至1F示意性地示出根据本发明的一个实施方案制备膜的不同步骤，其中一些步骤是任选的；
[0088] -图1G示意性地示出图1A至1D中所示的实施方案的一个变化方案；
[0089] -图2A至2D示意性地示出根据本发明的一个实施方案制备膜的不同步骤；
[0090] -图3示出由根据本发明获得的膜形成流体微通道；
[0091] -图4示出由根据本发明获得的膜形成管的过程；
[0092] -图5A至5D示出通过根据本发明获得的平面膜的热成形来实现流体微通道的步骤；
[0093] -图6A和6B分别示出根据本发明获得的膜和由所述膜捕获的微米颗粒的顶视图；
[0094] -图7示意性地示出一种使得能够回收粉末内具有(铁磁性、亚铁磁性或顺磁性)正
磁化率的颗粒的装置。
[0095] 为了使其可以更容易地理解，附图并未按比例绘制。
具体实施方式
[0096] 参照图1A，母基底1用于在将纳米颗粒或微米颗粒包封在非磁性基体中之前布置纳米颗粒或微米颗粒。
[0097] 母基底
[0098] 所述母基底1具有由多个磁场微源10a、10b形成的磁性结构化面，即面10。
[0099] 不同微源的磁化用箭头示意性地表明。
[0100] 在图1A至1G中，母基底的磁性结构化面10为平面。
[0101] 然而，在本发明的特定实施方案中，可以优选地使用其面不是平面而是具有凹部或凸部的母基底，以在用母基底成型的膜中复制互补的凸部或凹部。
[0102] 母基底可以通过本领域技术人员已知的不同技术来制备。
[0103] 根据一个实施方案，母基底的制备需要实施两个主要的连续步骤：
[0104] -合成厚度为1至100μm数量级的强磁性膜；
[0105] -通过所述膜的磁性结构化来实施微磁体。
[0106] 在一个特别有利的方式中，可以通过物理
三极管粉碎沉积来进行磁性膜的合成。
[0107] 举例来说，已经合成了NdFeB 和SmCo的层，其具有显著的磁性能[Dempsey07,Walther08]。
[0108] 可以设想用于按层制备磁体的其他方法，特别是
电解沉积、溶胶凝胶沉积、蒸
镀沉积、
脉冲激光沉积等。
[0109] 从由此合成的膜，大的磁场和磁场梯度的产生需要亚毫米尺度的磁性结构化。
[0110] 为此可以使用以下提出的两个技术。
[0111] 一方面，通过“形貌”方法的磁性结构化包括在沉积之前结构化衬底的表面形貌，然后将磁性材料沉积到所述衬底上，和/或直接结构化磁性层的形貌。
[0112] 这需要形成不是平面的、而是包括微凸部和/或微凹部的磁性层。
[0113] 形貌结构化的尺寸确定获得的微磁体的尺寸。
[0114] 蚀刻的和/或沉积在衬底的微凸部上或沉积在衬底的微凹部中的每一磁性膜元件在磁化后都可以被视为一个独立的微磁体。
[0115] 应注意，光刻、化学蚀刻和平面化步骤可以是必需的。
[0116] 然后根据
选定的方向使以这种方式实现的微元件磁化。
[0117] 然后，它们形成一组独立的微磁体，所述微磁体全都具有相同的磁化方向。
[0118] 在该方法中，磁性材料可以是硬磁材料，在这种情况下，微磁体的磁化是永久的，于是母基底是自主的，即不需要任何
能量供给或任何外部磁场的施加。
[0119] 可替代地，所使用的磁性材料可以是软磁材料。
[0120] 在这种情况下，母基底的使用需要同时施加外部磁场以使微磁体磁化。
[0121] 位于相对于磁性膜的内侧面的不同高度处的这些单独的微磁体形成在毫米尺度上具有非常强的磁场梯度的系统。
[0122] 另一方面，通过“热-磁
图案化”(“Thermo-Magnetic Patterning”，TMP)的磁性结构化包括使用热源局部加热硬
磁层的特定区域，从而建立交替方向的磁化空间，形成微磁体。
[0123] 举例来说，纳秒脉冲激光可以用作热源。
[0124] 硬磁层以给定的方向和过程进行磁化。
[0125] 然后，将该层置于方向与原始的磁化方向相反的均匀外磁场Hext(μ0Hext<μ0Hc)中，然后，用KrF(248nm)基态脉冲激光对其进行局部照射。
[0126] 照射区域的表面
温度非常快地升高，然后，热量扩散到材料中。
[0127] 由于在温度升高时材料的矫顽场μ0Hc减少，所以通过在激光脉冲期间施加外部磁场来获得照射区域的磁性反转。
[0128] 该层最终由微磁体的网络形成，所述微磁体具有交替磁化和由激光照射期间使用的掩模的尺寸所限定的尺寸。
[0129] 可替代地，该层可以在没有磁场的情况下通过激光照射来加热。在这种情况下，被照射的区域会消磁，这也使得建立强的磁场梯度。在一些情况下，被照射的区域可以通过层本身的磁场进行磁化。
[0130] 通过该方法实现的系统在微米尺度上具有非常强的磁场梯度。
[0131] 该热-磁图案化原理可以扩展到所有类型的硬磁层，包括具有各向同性磁化或平面内磁化的那些。
[0132] 在不脱离本发明范围的条件下，本领域技术人员可以显而易见地选择母基底的其他实施方案。
[0133] 因此，例如，根据本发明的方法制备的结构化磁性膜可以进而用作母基底。
[0134] 根据一个不同的实例，母基底可以由多个导电微线圈形成。
[0135] 在图1A所示的非限制性实例中，母基底由在硅
支撑衬底12上厚度为5μm的NdFeB硬磁层11形成。
[0136] 层11的NdFeB
合金已经通过热-磁图案化来处理，即在外部磁场的存在下通过激光照射穿过掩模来局部加
热层11，以在掩模的开口中形成其磁化与被掩模保护的区域10b的磁化相反的区域10a。
[0137] 在母基底的表面上，磁场和磁场梯度的强度在具有相反磁化的区域10a、10b之间的界面处最大。
[0138] 因此，具有正磁化率的纳米颗粒或微米颗粒被磁泳力朝向这些界面吸引。
[0139] 然而，母基底不限于这种具体的形式，而是可以由通过形貌结构化的硬磁材料或软磁材料形成。
[0140] 母基底可能由微线圈的网络形成。
[0141] 当母基底具有通过形貌结构化的表面、即非平面的表面时，该具体的形貌可以用于压印与最终膜互补的形式。
[0142] 如果平面膜由这种母基底形成，则必须通过移除材料(例如凭借移除凸部的机械-化学
抛光)或添加材料(例如凭借填充凹部的技术)预先使母基底平面化。
[0143] 磁性纳米颗粒/微米颗粒
[0144] 参照图1B，磁性纳米颗粒或微米颗粒施加到母基底1的磁性结构化面。
[0145] 颗粒的该应用可以通过任意适当的技术来进行；这可以涉及例如撒粉(在干燥微粒粉末的情况下)、流延(在悬浮于流体中的颗粒的情况下)等。
[0146] 在母基底的磁性结构化面的吸引磁泳力的作用下，颗粒在微源的边缘处聚集。
[0147] 聚集体因此根据与母基底的磁场微源边缘的图案对应的图案来分布。
[0148] 由于力随着远离母基底的面的移动而减小，这些聚集体通常具有三
角形或梯形的横截面，其在母基底1的一侧具有较宽的底部，并随着距离增加而减小。
[0149] 为了有助于不仅在平面中而且在垂直于母基底的方向布置颗粒，可以同时施加具有适当方向的外部磁场。
[0150] 图1C示出其中施加外部磁场Hext的实施方案，所述外部磁场Hext垂直于母基底的磁性结构化面，并且其趋于在垂直于母基底的面10的方向增加纳米颗粒或微米颗粒的聚集体的高度。
[0151] 在沉积颗粒期间，有利地振动母基底，以优化颗粒在磁场微源处的边缘的捕获。
[0152] 此外，在沉积期间或之后，可以喷射气体射流以有助于在所述界面捕获颗粒和/或在沉积非磁性基体之前清除未捕获的颗粒。
[0153] 根据一个实施方案，颗粒由软磁材料制成。
[0154] 在这种情况下，在使用包含所述颗粒的膜期间，必须施加外部磁场以使所述颗粒磁化。
[0155] 根据一个不同的实施方案，颗粒由硬磁材料制成。
[0156] 在这种情况下，在形成膜之后，施加外部磁场会使得所述颗粒能够永久地磁化，并由此形成自主磁性结构化的膜。
[0157] 当颗粒已经通过流体施加到母基底时，在颗粒已经在磁泳力的作用下布置后蒸镀所述流体。
[0158] 根据图1D中所示的一个实施方案，将液相配体21沉积到设置在母基底表面上的纳米颗粒或微米颗粒的聚集体上，其作用为增强颗粒的力学内聚力。
[0159] 聚集体由此在之后的基体形成期间较不容易
变形。
[0160] 通过非限制性实例，适当的配体为在甲苯中稀释的SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)共聚物：SIS共聚物在蒸镀甲苯时与聚集的颗粒结合。
[0161] 非磁性基体
[0162] 参照图1E，然后将由非磁性材料制成的基体以层的形式流延或沉积到母基底上的聚集颗粒上。
[0163] 基体有利地是流体形式的，其在灌注到母基底上之后就可以通过“
旋涂”法在母基底的表面上铺展开。
[0164] 基体的厚度一般为100nm至5mm。
[0165] 基体有利地由弹性体材料制成，所述弹性体材料使得能够赋予膜一定的柔性。
[0166] 然而，刚性基体在其他应用中可以是优选的。
[0167] 根据本发明的优选实施方案，基体优选由以下材料之一制成：弹性体(如聚二甲基硅氧烷(PDMS)或橡胶等)；热塑性材料(如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对二甲苯或聚苯乙烯等)；热固性材料(如聚酯、环氧树脂、酚醛树脂或光敏树脂(如SU-8)等)；氧化物，如SiO2或Al2O3；金属，如Cu或Ag；碳材料，如石墨或DLC(类金刚石碳)等。
[0168] 如果必要的话，允许基体在适当的时间期间硬化或成网状。
[0169] 根据膜的后续应用，可以适当地选择
生物相容性材料(如PDMS)用于基体，或添加生物相容性材料的薄层(如通过“旋涂”的PMDS的层，或通过气相沉积的聚对二甲苯的层)。
[0170] 此外，基体可以有利地由透明或半透明的材料制成。
[0171] 本领域技术人员能够根据所需性能从市场上可购得的产品中选择适当的基体。
[0172] 获得的膜
[0173] 参照图1F，将由基体和磁性颗粒聚集体形成的膜从母基底1中剥离。
[0174] 就其本身而言，母基底可以重复利用来制备新膜。
[0175] 因此，虽然母基底需要实施微制造技术并由此造成一定的成本，但是其可以无限地重复利用，并且膜本身的制备不涉及这类复杂和高成本的技术，仅使用低成本的材料。
[0176] 此外，该方法可以容易地工业化，并使得能够大量且低成本地实施具有大表面积的膜。
[0177] 根据本发明的一个实施方案，在应用颗粒之前，可以将有助于剥离膜的材料层沉积到母基底上。
[0178] 有助于剥离的该层在剥离期间优选仍附着于母基底。
[0179] 例如，该层由聚对二甲苯、 等制成。
[0180] 图1G示出其中层5、颗粒2和非磁性基体3已经依次沉积到母基底1上的方法的实施方案。
[0181] 即使非常小厚度的层5都能够实现要执行的上述功能。
[0182] 因此，例如，层5可以具有小于1mm、优选10nm至10μm、更优选50nm至500nm的厚度。
[0183] 在从母基底中剥离膜之后，可以凭借沉积导电材料来使包封微米颗粒或纳米颗粒的膜的表面的至少一部分为导电的。
[0184] 根据其相对于基体的材料的黏附性能和/或根据对透明度的可能需求来选择导电材料。
[0185] 例如，有利地沉积透明的导电氧化物，如
锡掺杂的氧化铟(ITO)用于透明的导电层。
[0186] 如果导电层不必是透明的，则所述层可以包含金属，例如金、铂和/或钯。
[0187] 另外，根据应用，导电层可以沉积在膜的整个表面上，或者根据预定图案仅沉积在表面的特定区域上，例如为了局部地形成
电极(对于
电场的应用)或线圈(对于磁场的应用)。
[0188] 在该最后的情况下，微制造技术(沉积、光刻、蚀刻等)可以用于导电层的微结构体化。
[0189] 根据图2A至2D中所示的一个实施方案，母基底1的磁性结构化面不是平面，而是具有至少一个凸部或凹部，其对应体将出现在膜上。
[0190] 在图2A所示的非限制性实例中，母基底1的磁性结构化面10具有凹凸部分10’中的凸部，凸部的表面由多个磁场微源10a、10b形成。
[0191] 例如，所示凸部可以具有平行六面体的形状。
[0192] 根据期望的应用，母基底的表面的其余部分也可以被磁性结构化，但是也可以设想仅凸部10’的表面被磁性结构化；在该最后的情况下，所应用的纳米颗粒或微米颗粒仅在磁性微源形成的凸部10’的表面的边缘处聚集，母基底的表面的其余部分不保留任何颗粒。
[0193] 如上文所解释的，将在磁场微源10a、10b的边缘上以三维结构20布置和聚集的磁性纳米颗粒或微米颗粒施加到母基底(图2B)。
[0194] 然后，参照图2C，非磁性基体3沉积在母基底上。
[0195] 在剥离后，如图2D所示，由此获得的膜4因此具有与母基底的凸部10’互补的凹部40。
[0196] 根据凹凸部分的形状，膜由此包括一个或更多个孔，或一个或更多个通道。
[0197] 因此，可以由这种类型的膜形成流体微通道。
[0198] 为此，如图3所示，其足以贴靠所述膜4应用平面膜4’或使得能够形成凹部40的第四壁的任何其他结构。
[0199] 有利地，所示平面膜4’也可以根据本发明来制备，并且可以在其表面上包括三维磁性结构20’。
[0200] 因此，包括在两个相对的壁61a和61b上具有磁性结构化表面的微通道60的装置6由膜4和4’形成。
[0202] 例如，当两个膜具有PDMS基体时，可以实现通过氧
等离子体的表面活化。
[0203] 由于在微通道61的两个面61a和61b上存在三维磁性结构，改善了在所述微通道中流动的溶液中的纳米颗粒或微米颗粒的捕获。
[0204] 对于两个壁中的每一个，磁性颗粒的性质及其相对于每个孔的表面的分布明显可以是相同或不同的。
[0205] 图4示出应用来自图1D的膜4的另一实例。
[0206] 当基体3由柔性材料如弹性体制成时，可以将膜以其自身卷绕以形成管。
[0207] 根据想要的用途，可以卷绕膜4，使得三维磁性结构位于管7的外壁上，或位于管7的内壁上(如图4所示)。
[0208] 在热塑性基体的情况下，可以加热膜来使其卷绕。
[0209] 当基体包含热塑性材料时，用于成型包含微米颗粒的膜的另一可能是制备平面膜，然后使其加热成形(“
热压成形”)。
[0210] 图5A和5C示出这种类型的热成形的一个实例性实施方案。
[0211] 平面膜4是根据上述方法由母基底制备的，所述母基底的磁性结构化面是平面的。
[0212] 在图5A中所示的实例中，布置的微结构体根据平行线来设置，但是明显可以实施任何其他布置。
[0213] 基体由热塑性材料、如PMMA或聚苯乙烯制成。
[0214] 提供模具8，其表面与待压印在膜4上的形状互补。
[0215] 例如，如果通道将由膜4形成，则模具8具有平行六边形的凹凸部分，其宽度对应于待形成的通道的宽度，其高度对应于通道的深度。
[0216] 在根据基体的材料适当的温度和压力条件下，将其区域中设置有微结构体的膜4的面贴靠模具8来应用，以赋予膜4模具8的形状而不使所述模具变形，所述模具是由耐热成形的材料制成的。
[0217] 图5B示出在膜的加热和压制后模具8和膜4的组合件。
[0218] 膜的表面的变形伴随有根据模具的凹凸部分的微结构体的线的成型。
[0219] 图5C示出在从模具移出后成型的膜4。
[0220] 与使用非平面衬底相比，热成形由此使得能够形成其所有壁(包括与母基底的主平面垂直的壁)都包括微结构体的凹部40。
[0221] 因此，可以由这种类型的膜形成流体微通道。
[0222] 为此，如图5D所示，其足以贴靠所述成型的膜4应用平面膜4’或使得能够形成凹部40的第四壁的任何其他结构。
[0223] 有利地，所述平面膜4’也可以根据本发明来制备，并且可以在其表面上包括三维磁性结构20’。
[0224] 包括微通道60的装置6从而由膜4和4’形成，所述微通道60的四个壁61a、61b、61c和61d上具有磁性结构化表面。
[0225] 表面处理可以确保两个膜是密封的。
[0226] 由于在微通道60的四个面61a至61d上存在三维磁性结构，改善了在所述微通道中流动的溶液中的纳米物体或微米物体的捕获。
[0227] 实验结果
[0228] 已经进行上述方法以制备包封NdFeB微米颗粒的PDMS膜。
[0229] 例如，这种类型的颗粒是由Magnequench以商品名MQFP-B销售的。
[0230] 这些颗粒具有不规则的形状和在1μm至10μm变化的直径，平均直径约为5μm的等级。
[0231] 由随机取向的
纳米晶体形成的这些颗粒是磁各向同性的(μ0Mr为0.8T的等级)。
[0232] 如上文详细解释的，将这些颗粒施加到母基底的磁性结构化面(微源以棋盘的形式设置，其每一方格具有测量为100μm的边长)，然后沉积PDMS基体。
[0233] 在该实例中，三维结构具有5μm等级的深度(在膜的厚度中)和20μm等级的最大宽度(在预先与母基底接触的膜的面中)。
[0234] 相邻的结构以约100μm的间隔分隔开，所述间隔对应于母基底的磁场微源的宽度。
[0235] 图6A为通过
光学显微镜的膜的顶视图。
[0236] 可以看到结构20以与磁场微源的边缘对应的方格图案分布在其中。
[0237] 在制备后，膜暴露于4T的外部磁场，以使NdFeB颗粒磁化。
[0238] 事实上，在这种情况下，母基底的磁场太弱而不足以使具有磁晶
各向异性的这些颗粒磁化。
[0239] 为了显示由此形成的膜可以用于捕获磁性微米颗粒，将基于具有2.9μm的直径并含有约30体积％的超顺磁氧化铁包含物的
荧光聚苯乙烯微球的溶液沉积到膜上并使其干燥，所述荧光聚苯乙烯微球是由Micro-particles GmbH公司销售的。这些颗粒被认为是形成小单元的合适的模型。
[0240] 对这些微球进行的磁化测量显示，氧化铁包含物具有3.3nm±3nm(标准差)的尺寸。
[0241] 在顶视图(图6B)中的荧光图像清楚地显示，微球200已经被捕获在其中已经包封NdFeB三维结构的膜区域中。
[0242] 其他测试利用聚苯乙烯基体和聚酯基体来进行，其证实膜的可行性和其捕获磁性颗粒的能力。
[0243] 与处理粉末相关的应用的实例
[0244] 除了处理(捕获、分离、
定位等)磁功能化的生物物质，在基体中布置的磁性微结构体的磁泳性能可以用于回收粉末内具有正磁化率(铁磁性、亚铁磁性或顺磁性)的颗粒。
[0245] 根据应用，该回收的目的可以是从粉末中提取待循环利用的材料的颗粒，或相反地，通过移除污染物材料的颗粒来清洁粉末。
[0246] 为此，使所述粉末通过输送带，所述输送带的表面的至少一部分包括如上所述的膜。
[0247] 因此，当所述粉末包含具有足够的正磁化率的颗粒时，所述颗粒可以保留在膜的表面上。
[0248] 待回收的颗粒的尺寸一般为50nm至50μm。
[0249] 优选确保粉末与最大可能的包含三维微结构体的膜表面接触，以提高通过所述微结构体捕获待回收的颗粒的几率。
[0250] 图7示出实现进行回收方法的装置的一个实例。
[0251] 装置9有利地包括限制粉末的
外壳90，以避免或限制外部操作人员暴露于粉末。
[0252] 一个或更多个输送带90布置在外壳内，其表面上设置有一个或更多个膜4，所述膜4包括包封布置的三维磁性微结构体的非磁性基体。
[0253] 例如，在外壳的顶部供给粉末P。
[0254] 粉末P可以是干燥形式或液相的。
[0255] 输送带90优选倾斜并交替地设置，以使粉末经过最大可能的输送带的表面。
[0256] 容器92设置在最下游输送带的末端，以收集未捕获的粉末。
[0257] 根据一个实施方案，微结构体可以由相同的纳米颗粒或微米颗粒形成，并且可以根据对于所有膜相同的图案来设置。
[0258] 在这种情况下，如果待回收的颗粒由多种不同的材料制成，则从装置的上游区域到下游区域观察到捕获的偏析，由具有最高正磁化率的材料形成的颗粒趋于首先被捕获。
[0259] 根据一个有利的替代方案，该偏析可以通过选择形成微结构体的颗粒及其相对于每个膜9和输送带91的表面的布置，以根据输送带上的
位置产生不同的磁场梯度来控制，适合于优先捕获特定颗粒。
[0260] 任何适当的手段可以用于释放在输送带上捕获的颗粒。
[0261] 这可以涉及机械手段来使颗粒从膜4的表面脱离，例如凭借刮削器。
[0262] 如果微结构体由通过外部磁场磁化的软磁材料制成，则另一种可能是中断产生该磁场；微结构体由此失去其磁化，并不再对捕获的颗粒施加任何吸引力。例如，然后可以通过机械振动(吸气、摇动、吹气等)回收所述颗粒。
[0263] 第一实例涉及粉末内相关材料的颗粒的回收。
[0264] 例如，所述颗粒可以包含稀土。
[0265] 事实上，对稀土的需求很高，以至于收集环境中以小量存在的稀土变得经济上可行。
[0266] 例如，铁-
硼-钕磁体的循环利用产生该合金的粉末。
[0267] 相似地，这类磁体的生产产生该合金的粉末，回收所述粉末会是经济上可行的。
[0268] 由于这些颗粒时铁磁性的，可以凭借如上所述的膜来捕获这些颗粒。
[0269] 此外，本
发明人发现可以捕获顺磁性稀土氧化物粉末，例如钕氧化物和钐氧化物。
[0270] 该结果开启了从稀土氧化物与其他材料共存的其他材料的矿如
磷酸盐矿中回收稀土氧化物的方式。
[0271] 还可以回收具有足够高正磁化率的颗粒，例如铂颗粒和/或钯颗粒。
[0272] 纳米颗粒或微米颗粒的材料可以根据待吸引的颗粒的磁化率选择为具有足够的磁化强度。
[0273] 可以通过例如凭借固体磁体、电磁体和/或超
导线圈施加外部磁场来提高要被吸引的颗粒的顺磁磁化。
[0274] 本发明的应用的另一实例是粉末的净化，其包括从粉末中回收污染物或污染颗粒。
[0275] 可以提及高岭土粉末的净化作为一个实例，其目的是移除铁磁性或顺磁性的颗粒。
[0276] 净化的另一实例是粉末形式的核废弃物的净化。
[0277] 由于这类废弃物具有低的磁化率，优选利用铁磁性颗粒、亚铁磁性颗粒或超顺磁性颗粒使其功能化，所述颗粒可以通过根据本发明的膜与它们附着的废弃物一起被捕获。
[0278] 因为该膜特别便宜，所以在其被颗粒饱和之后可以将其从输送带移走，以在适当的条件下储存该膜，并用新膜替换输送带上的膜。
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