一种可修复的柔性磁响应纤毛阵列的制备方法及其应用
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; |
| 专利有效性 | 公开 | 当前状态 | 公开 |
| 申请号 | CN202510102859.1 | 申请日 | 2025-01-22 |
| 公开(公告)号 | CN120001597A | 公开(公告)日 | 2025-05-16 |
| 申请人 | 广东以色列理工学院; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 姜又华; 魏传奇; | 第一发明人 | 姜又华 |
| 权利人 | 广东以色列理工学院 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 广东以色列理工学院 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：广东省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：广东省汕头市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：广东省汕头市大学路243号汕头大学内原行政楼 | 邮编 | 当前专利权人邮编：515063 |
| 主IPC国际分类 | B05D7/14 | 所有IPC国际分类 | B05D7/14 ; B05D3/00 ; B05D3/02 ; B05D5/08 ; B05D1/38 ; B05D7/00 ; B23K26/382 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 广州嘉权专利商标事务所有限公司 | 专利代理人 | 赵琴娜; |
| 摘要 | 本 发明 公开了一种可修复的柔性磁响应纤毛阵列的制备方法及其应用，包括：S1.在 磁场 引导下将含 铁 磁性 颗粒的 气溶胶 喷涂 在阵列基底上进行一次自主装成型得到一次纤毛阵列结构；S2.将超过微孔阵列中微孔深度的纤毛剔除后，移除盖板I，将盖板II 覆盖 于所述微孔阵列上，重复步骤S1中的操作进行二次自主装成型得到柔性磁响应纤毛阵列。本发明提出一种可修复的柔性磁响应纤毛阵列的制备方法及其应用，通过在阵列基底的孔洞内生长磁响应纤毛确保了纤毛的根部在面对机械破坏时，由于孔洞壁的保护，不会受到损伤，为后续纤毛的自组装提供了聚集地，从而使得之前被破坏的纤毛能够从根部重新生长，达到修复的效果。 | ||
| 权利要求 | 1.一种可修复的柔性磁响应纤毛阵列的制备方法，其特征在于，包括： |
||
| 说明书全文 | 一种可修复的柔性磁响应纤毛阵列的制备方法及其应用技术领域背景技术[0002] 呼吸道的纤毛具有自清洁的特性，纤毛通过其摆动可以将呼吸系统中的灰尘、病原体以及其他有害物质排出体外，从而有效保护人体的健康。这一自然现象为人工纤毛的研究和开发提供了重要的启示。人工纤毛通常依赖于柔性材料来模仿生物纤毛的运动，并通过外部刺激(如磁场、电场或温度变化)来控制纤毛的摆动。然而，微纤毛的柔性和刺激响应性往往与材料的机械强度相悖，使得微纤毛在实际应用中容易受到外力的破坏。目前，制备整齐排列的磁响应纤毛的技术主要有两种方式：1.将含铁磁性颗粒气溶胶在整齐排列的微柱阵列上的自组装，含铁气溶胶在磁场的作用下能够沿着微柱阵列自组装，形成整齐排列的磁响应微结构，具体方法为将微柱阵列基底置于垂直磁场中，然后将铁磁性颗粒等混合物喷涂到基底上，含铁磁性气溶胶在磁场中会沿微柱顶端聚集并生长，形成排列有序的磁响应纤毛。经加热固化后，这些磁响应纤毛既具有本征的柔性，又具备铁磁性颗粒赋予的磁响应性。然而，这些纤毛生长在微柱的顶端，使其直接暴露于外界伤害，因此容易在工作过程中被外力永久性地损坏。同时，微柱矩阵在外力作用下容易被破坏，导致无法再作为气溶胶聚集地，因此无法再生长出新的磁响应纤毛，不能进行修复。2.从已有的微孔阵列中复制倒模也是制备磁响应微纤毛的常用方法之一。该方法通常通过激光钻孔或化学蚀刻技术在模具上制造微孔，然后对模具进行疏水处理，接着，将铁磁性等的混合物倒入疏水性模具中，经过去气泡、加热固化以及脱模步骤后，可制备出柔性且具有磁响应性的纤毛，然而，通过这种工艺制备的纤毛往往难以具有较高的长径比，因为纤毛越长，在脱模过程中越容易发生断裂。此外，类似于第一种方法，这些纤毛同样暴露在外界环境中，极易受到外力损伤，导致永久性损坏并无法修复。因此，尽管人工纤毛在实验室环境中展现出其优异的功能性，如高效的微流体操控能力和出色的自清洁性能，然而在现实应用中，其适用范围仍然受限。尤其是在高摩擦、磨损和刮擦的环境下，人工纤毛的耐用性和稳定性面临着严峻的挑战。 发明内容[0003] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种可修复的柔性磁响应纤毛阵列的制备方法及其应用，通过在具有微孔的阵列的基底微孔内生长磁响应纤毛确保了纤毛的根部在面对机械破坏时，由于微孔洞壁的保护，不会受到损伤，使之成为后续含铁磁性粉末气溶胶在磁场中自组装聚集地，从而使得之前被破坏的纤毛能够从根部重新生长，达到修复的效果，满足了实际操作条件下的长期使用需求。 [0004] 本发明还提供了上述制备方法制备得到的柔性磁响应纤毛阵列在自清洁、微流体控制或微物体操控领域中的应用。 [0005] 根据本发明第一方面的实施方式，提出了一种可修复的柔性磁响应纤毛阵列的制备方法，包括： [0006] S1.取阵列基底，所述阵列基底包括微孔阵列和覆盖于所述微孔阵列上的盖板；所述微孔阵列中包括规则排列的微孔；所述盖板上包括规则排列的穿孔；所述微孔阵列中的微孔和所述盖板中的穿孔为对齐状态； [0007] 在磁场引导下将含铁磁性颗粒的气溶胶喷涂在阵列基底上进行一次自主装成型得到一次纤毛阵列结构； [0008] S2.将超过微孔阵列中微孔深度的纤毛剔除后，移除盖板I，将盖板II覆盖于所述微孔阵列上，重复步骤S1中的操作进行二次自主装成型得到柔性磁响应纤毛阵列； [0009] 盖板I为经过一次自主装成型步骤后成型有纤毛的盖板； [0010] 盖板II为未成型有纤毛的盖板。 [0011] 根据本发明的第一方面，至少具有以下有益效果： [0012] 本发明的柔性磁响应纤毛阵列包括：带有亚毫米的微孔阵列和排列有序、根植于亚毫米微孔阵列内的具有柔性和磁响应性的人工纤毛，与现有技术中常见的纤毛直接暴露于外界的设计不同，本发明通过这种微孔保护结构，在高于微孔深度的纤毛部分受到机械磨损或外力破坏的情况下，微孔壁有效保护了纤毛根部，使其免受外界的损伤，为纤毛的修复提供了条件，当纤毛遭受破坏时，留存的根部仍然完好，能够在含铁磁性颗粒的气溶胶在二次自主装成型的过程中，作为气溶胶的聚集地，为新一轮的纤毛生长提供支持，从而实现纤毛的再生。 [0013] 步骤S1的第一次自组装成型中，在磁场的作用下使得含铁磁性颗粒的气溶胶颗粒沿着磁感线在微孔阵列和盖板表面自组装，形成杂乱无章的柔性纤毛，由于磁场的影响，气溶胶颗粒在飞行过程中，由于重力和磁场作用，优先落在高度更高的区域，而孔内部的气溶胶颗粒较难进入，从而导致孔中的纤毛生长受到限制，形成长短不一的纤毛，因此，气溶胶颗粒首先在盖板表面聚集，盖板上的纤毛较长，而微孔阵列的底部则由于高度低于盖板，从而微孔阵列中的纤毛长短不一，长度较短。 [0014] 步骤S2中，移除盖板，将纤毛超出微孔深度(孔壁)的部分剔除，仅保留与微孔的孔壁高度相等的纤毛部分，确保了每根纤毛的长度统一，且不超过微孔深度，从而为后续的纤毛再生和修复创造条件。然后，将另一片相同的盖板置于微孔阵列上，并确保盖板上的孔与微孔阵列上的孔精确对齐，重复步骤S1的自组装成型步骤，即将含铁磁性颗粒的气溶胶在磁场作用下沿磁感线自组装，在这一过程中，气溶胶颗粒会均匀地聚集在盖板与已存在的纤毛顶端区域，此时，气溶胶颗粒不仅在盖板上形成新的纤毛，还会在孔内原有纤毛的顶部生长，从而在孔内外同时形成均匀且长的磁响应纤毛，最终，通过剥离盖板，微孔阵列中将只剩下根植于孔内、整齐排列并且高度显著高于孔壁的柔性磁响应纤毛。由于原有纤毛的根部被保护，且其高度得到控制，这些纤毛不仅保持了整齐的排列，而且具有较高的修复能力，能够在遭受机械损伤后再生，进一步提升了其在实际应用中的可持续性和功能性。本发明利用两次自组装过程精确控制纤毛的高度和排列结构，为人工磁响应纤毛阵列的稳定性、耐用性及再生能力提供了新的解决方案。 [0015] 本发明中，通过使用盖板对具有微孔阵列基底的孔壁进行遮挡，在两次自组装过程中精确控制气溶胶的沉积区域，这一过程能够有效地在孔内形成有序、均一的磁响应纤毛阵列，同时避免了孔外部纤毛的过度生长和排列不均的问题。 [0016] 本发明中，通过第一次自组装在孔内生长出纤毛并移除第一个盖板，克服了微孔底部比微孔的孔壁或盖板低的关键问题，使得第二次自组装时含铁磁性颗粒能均一地聚集在孔中纤毛和盖板上，从而实现了孔中长出高长径比纤毛，即纤毛不仅长而且细，提升了纤毛的柔性和磁响应性，避免了气溶胶颗粒沉积不均，影响纤毛的排列和生长。 [0017] 根据本发明的一些实施方式，所述微孔的直径或边长为0.3～1mm、所述微孔的深度为0.2～0.4mm、所述微孔的孔间距为0.1～0.4mm；所述穿孔和所述微孔具有相同的孔间距以及边长或直径。 [0018] 上述参数条件下，不仅确保了纤毛在微孔内的整齐排列、均匀生长，还增强了纤毛的稳定性、柔性和磁响应性，保证了生成柔性磁响应纤毛阵列的高效性。 [0019] 根据本发明的一些实施方式，所述盖板的厚度不高于0.1mm。 [0020] 根据本发明的一些实施方式，所述柔性磁响应纤毛阵列中纤毛的长度为0.6～2mm，直径为40～80μm，长径比为15～30。 [0021] 上述参数下的纤毛一方面具备优异的柔性和磁响应性，保证了在外部刺激作用下进行更大的位移或变形，从而在微流体控制和物体操控中实现更精确的操作；另一方面，上述纤毛的长径比下越高，保证了其快速的响应速度，对于需要快速响应的应用(如智能表面、传感器等)，上述长径比可以使纤毛更灵敏地响应外部刺激；再一方面，上述长径比下的纤毛具有更优的振动模式，能够在外部磁场或其他刺激下实现较大的位移，有助于增强其自清洁功能、除冰功能等，尤其是在针对微小颗粒或污染物的清除时，较高的长径比有助于纤毛产生更有效的刷扫或摆动动作。 [0022] 根据本发明的一些实施方式，所述含铁磁性颗粒的气溶胶的制备原料包括：铁磁性颗粒、交联聚合物前体、固化剂。 [0025] 根据本发明的一些实施方式，所述铁磁性颗粒的粒径不大于20μm。 [0028] 根据本发明的一些实施方式，所述溶剂、所述铁磁性颗粒、所述交联聚合物前体、所述固化剂和所述有机溶剂的重量比为1～2：1：0.05～0.2：3。 [0029] 根据本发明的一些实施方式，所述含铁磁性颗粒气溶胶的喷涂混合物的制备方法包括：将铁磁性颗粒加入有机溶剂中，超声处理30～40min，再加入交联聚合物前体和固化剂，搅拌30～40min。 [0030] 本发明中的固化剂包括PDMS的配套的固化剂。 [0031] 根据本发明的一些实施方式，步骤S1包括：将阵列基底置于垂直磁场上，磁场由永磁体提供。 [0032] 根据本发明的一些实施方式，一次自主装成型后还包括将一次纤毛阵列结构和永磁体于60～70℃加热1～1.5h，移除永磁铁后再120～130℃加热1～1.5h。 [0034] 根据本发明的一些实施方式，所述微孔阵列的材料包括金属材料和石材中的至少一种。 [0035] 根据本发明的一些实施方式，所述盖板的材料包括金属材料、塑料和石材中的至少一种。 [0036] 本发明中用红外激光打标机，在具有机械强度的微孔阵列基底的材料上，加工出规则排列的微孔阵列，然后在盖板的材料上进行钻孔，使盖板上的穿孔的阵列与微孔阵列上的一致，将盖板上的微孔阵列与基底上的微孔洞阵列孔与孔对齐，保证了在两次自组装过程中精确控制气溶胶的沉积区域，这一过程能够有效地在孔内形成有序、均一的磁响应纤毛阵列，同时避免了孔外部纤毛的过度生长和排列不均的问题。 [0038] 根据本发明的一些实施方式，所述微孔阵列的材料的厚度为0.03～0.1mm。 [0039] 根据本发明的一些实施方式，所述微孔的形状包括矩形，圆形或三角形。 [0040] 根据本发明的一些实施方式，所述喷涂的方法包括雾化喷涂法。 [0041] 根据本发明的一些实施方式，所述制备方法还包括：向柔性磁响应纤毛阵列喷涂超疏水改性溶液； [0042] 所述超疏水改性溶液的制备原料包括：含氟硅烷、疏水纳米颗粒和硅烷偶联剂。 [0043] 根据本发明的一些实施方式，所述超疏水改性溶液的制备原料还包括有机溶剂2，所述有机溶剂2包括乙醇、甲苯、正己烷和环己烷中的至少一种。 [0044] 根据本发明的一些实施方式，按重量比计，所述含氟硅烷、所述疏水纳米颗粒，所述硅烷偶联剂和溶剂的质量比为1～2：1～3：1：50。 [0045] 根据本发明的一些实施方式，所述向柔性磁响应纤毛阵列喷涂超疏水改性溶液包括：将含氟硅烷、疏水纳米颗粒和硅烷偶联剂和溶剂混合后在室温下机械搅拌15～20min，然后超声处理15～20min，后于80～90℃加热1～2h。 [0047] 根据本发明的一些实施方式，所述含氟硅烷包括1H,1H,2H,2H‑全氟癸基三甲氧基硅烷、1H,1H,2H,2H‑全氟癸基三乙氧基硅烷和三甲氧基(1H,1H,2H,2H‑全氟‑1‑辛基)硅烷中的至少一种。 [0048] 根据本发明的一些实施方式，硅烷偶联剂包括3‑氨丙基三乙氧基硅烷，3‑(2；3‑环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种 [0049] 根据本发明第二方面的实施方式，提出了所述的制备方法制备得到的柔性磁响应纤毛阵列在自清洁、微流体控制或微物体操控领域中的应用。 [0050] 若无特殊说明，本发明的“约”实际表示的含义是允许误差在±2％的范围内，例如约100实际是100±2％×100。 [0051] 若无特殊说明，本发明中的“在……之间”包含本数，例如“在2～3之间”包括端点值2和3。 [0053] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： [0054] 图1为实施例中可修复的柔性磁响应纤毛阵列的结构示意图； [0055] 图2为实施例中可修复的柔性磁响应纤毛阵列的实物图； [0056] 图3为实施例中可修复的柔性磁响应纤毛阵列的制备方法的示意图； [0057] 图4为测试例1中被损坏的可修复柔性磁响应纤毛阵列再生的原理示意图； [0058] 图5为测试例1中被损坏的可修复柔性磁响应纤毛阵列再生的原理实物图； [0059] 图6为测试例2中可修复的柔性磁响应纤毛阵列液滴操控图； [0060] 图7为测试例3中可修复的柔性磁响应纤毛阵列杂质移除图。 具体实施方式[0061] 以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。 [0062] 本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 [0063] 且制备原料的质量，仅用来表示比例，并不表示实际的质量，实际生产中，可根据需求进行产量的等比放大或缩小。 [0064] 本发明中微孔阵列和盖板的制备方法为： [0065] A1.用红外激光在1mm厚的铝板上加工出边长为0.3mm，中心距为0.4mm，深度为0.25mm的矩形孔洞矩阵作为微孔阵列；用同样的方法在0.05mm的铝箔上加工出与基底上相同的矩形孔洞矩阵作为盖板； [0066] A2.用95％酒精超声清洗基底和盖板10分钟后，对其进行烘干，把盖板放置于微孔阵列上，使盖板上的孔洞矩阵于基底上的孔洞矩阵对齐。 [0067] 若无特殊说明，具体实施例所用微孔阵列和盖板均来自此例。 [0068] 且制备原料的质量，仅用来表示比例，并不表示实际的质量，实际生产中，可根据需求进行产量的等比放大或缩小。 [0069] 实施例1 [0070] 本例制备了一种柔性磁响应纤毛阵列，具体为： [0071] S1.将微孔阵列盖上盖板置于磁场强度为450mT的垂直于基板的磁场中，用一个喷嘴直径为0.3mm的喷枪，将含铁磁性颗粒的气溶胶的溶液取1.5mL雾化喷涂到基底上，含铁磁性颗粒的气溶胶颗粒会在磁场的作用下在微孔阵列和盖板表面自组装形成一次纤毛阵列结构，由于铁粉倾向于在飞行距离较短的位置聚集，所以这时孔洞内的纤毛是稀疏和长短不一的，把一次纤毛阵列结构和磁铁一起放入烘箱60℃加热1h，然后移除磁铁，120℃再加热1h； [0072] S2.用小刀将步骤S1中的一次纤毛阵列结构中超过微孔阵列中微孔深度的纤毛给剔除，为微孔阵列替换上新的盖板，并把盖板的孔洞与微孔阵列的孔洞对齐，放置于450mT的垂直磁场中，取含铁磁性颗粒的气溶胶溶液1.5mL进行二次自主装成型，由于微孔内已经有纤毛的根部，减小了微孔内纤毛根部的顶端与盖板之间的高度差，所以含的气溶胶会在盖板上和微孔阵列的微孔内进行自组装，形成均匀的，高度一致的磁响应纤毛阵列，把纤毛阵列和磁铁一起放入烘箱中60℃加热1h，然后移除磁铁，120℃再加热1h，揭下盖板，最终制得了柔性磁响应纤毛阵列；所得到的磁响应纤毛的长度为1.1±0.1mm，直径约为50μm，长径比约为22； [0073] S3.将0.6g，96％1H,1H,2H,2H‑全氟癸基三乙氧基硅烷(FAS‑17)，0.6g粒径为7nm的疏水气相二氧化硅，0.6g 98％3‑氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)加入30g 95％乙醇中，在室温下机械搅拌15min，然后超声15min的溶液喷涂在柔性磁响应纤毛阵列上，然后80℃加热1h，将柔性磁响应纤毛阵列改性为超疏水表面。 [0074] 含铁磁性颗粒的气溶胶的溶液的制备方法为： [0075] 将30g粒径为5μm的羰基铁粉加入60g甲苯中，超声30分钟，然后加入20gSYLGARD 184PDMS预聚物和2g SYLGARD 184固化剂(SYLGARD184CURINGAGENT)，搅拌30min。 [0076] 步骤S2中制备得到的柔性磁响应纤毛阵列的结构示意图如图1所示，柔性磁响应纤毛阵列的实物图如图2所示；制备方法的示意图如图3所示。 [0077] 实施例2 [0078] 本例制备了一种柔性磁响应纤毛阵列，本实施例和实施例1的区别在于没有进行步骤S3中的超疏水改性，具体为： [0079] S1.将微孔阵列盖上盖板置于磁场强度为450mT的垂直于基板的磁场中，用一个喷嘴直径为0.3mm的喷枪，将含铁磁性颗粒的气溶胶的溶液取1.5mL雾化喷涂到基底上，含铁磁性颗粒的气溶胶颗粒会在磁场的作用下在微孔阵列和盖板表面自组装形成一次纤毛阵列结构，由于铁粉倾向于在飞行距离较短的位置聚集，所以这时孔洞内的纤毛是稀疏和长短不一的，把一次纤毛阵列结构和磁铁一起放入烘箱60℃加热1h，然后移除磁铁，120℃再加热1h； [0080] S2.用小刀将步骤S1中的一次纤毛阵列结构中超过微孔阵列中微孔深度的纤毛给剔除，为微孔阵列替换上新的盖板，并把盖板的孔洞与微孔阵列的孔洞对齐，放置于450mT的垂直磁场中，取含铁磁性颗粒的气溶胶溶液1.5mL进行二次自主装成型，由于微孔内已经有纤毛的根部，减小了微孔内纤毛根部的顶端与盖板之间的高度差，所以含铁粉的气溶胶会在盖板上和微孔阵列的微孔内进行自组装，形成均匀的，高度一致的磁响应纤毛阵列，把纤毛阵列和磁铁一起放入烘箱中60℃加热1h，然后移除磁铁，120℃再加热1h，揭下盖板，最终制得了柔性磁响应纤毛阵列；所得到的磁响应纤毛的长度为1.1±0.1mm，直径约为50μm，长径比约为22； [0081] 含铁磁性颗粒的气溶胶的溶液的制备方法为： [0082] 将30g粒径为5μm的羰基铁粉加入60g甲苯中，超声30分钟，然后加入20gSYLGARD 184PDMS预聚物和2g SYLGARD 184固化剂，搅拌30min。 [0083] 实施例3 [0084] 本例制备了一种柔性磁响应纤毛阵列，本实施例和实施例1的区别在于喷涂的含铁磁性气溶胶的体积为1mL，具体为： [0085] 本例制备了一种柔性磁响应纤毛阵列，本实施例和实施例1的区别在于没有进行步骤S3中的超疏水改性，具体为： [0086] S1.将微孔阵列盖上盖板置于磁场强度为450mT的垂直于基板的磁场中，用一个喷嘴直径为0.3mm的喷枪，将含铁磁性颗粒的气溶胶的溶液取1mL雾化喷涂到基底上，含铁磁性颗粒的气溶胶颗粒会在磁场的作用下在微孔阵列和盖板表面自组装形成一次纤毛阵列结构，由于铁粉倾向于在飞行距离较短的位置聚集，所以这时孔洞内的纤毛是稀疏和长短不一的，把一次纤毛阵列结构和磁铁一起放入烘箱60℃加热1h，然后移除磁铁，120℃再加热1h； [0087] S2.用小刀将步骤S1中的一次纤毛阵列结构中超过微孔阵列中微孔深度的纤毛给剔除，为微孔阵列替换上新的盖板，并把盖板的孔洞与微孔阵列的孔洞对齐，放置于450mT的垂直磁场中，取含铁磁性颗粒的气溶胶溶液1mL进行二次自主装成型，由于微孔内已经有纤毛的根部，减小了微孔内纤毛根部的顶端与盖板之间的高度差，所以含铁粉的气溶胶会在盖板上和微孔阵列的微孔内进行自组装，形成均匀的，高度一致的磁响应纤毛阵列，把纤毛阵列和磁铁一起放入烘箱中60℃加热1h，然后移除磁铁，120℃再加热1h，揭下盖板，最终制得了柔性磁响应纤毛阵列；所得到的磁响应纤毛的长度为0.6±0.1mm，直径约为40μm，长径比约为15； [0088] S3.将0.6g，96％1H,1H,2H,2H‑全氟癸基三乙氧基硅烷(FAS‑17)，0.6g粒径为7nm～40nm的疏水气相二氧化硅，0.6g 98％3‑氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)加入30g 95％乙醇中，在室温下机械搅拌15min，然后超声15min的溶液喷涂在柔性磁响应纤毛阵列上，然后80℃加热1h，将柔性磁响应纤毛阵列改性为超疏水表面； [0089] 含铁磁性颗粒的气溶胶的溶液的制备方法为： [0090] 将30g粒径为5μm的羰基铁粉加入60g甲苯中，超声30分钟，然后加入20g20gSYLGARD 184PDMS预聚物和2g SYLGARD 184固化剂，搅拌30min。 [0091] 对比例1 [0092] 本例制备了一种柔性磁响应纤毛阵列，本例和实施例1的区别在于盖板的孔和微孔阵列的孔没有对齐，其余条件相同，具体为： [0093] S1.将微孔阵列盖上盖板置于磁场强度为450mT的垂直于基板的磁场中，用一个喷嘴直径为0.3mm的喷枪，将含铁磁性颗粒的气溶胶的溶液取1.5mL雾化喷涂到基底上，含铁磁性颗粒的气溶胶颗粒会在磁场的作用下在微孔阵列和盖板表面自组装形成一次纤毛阵列结构，由于铁粉倾向于在飞行距离较短的位置聚集，所以这时孔洞内的纤毛是稀疏和长短不一的，把一次纤毛阵列结构和磁铁一起放入烘箱60℃加热1h，然后移除磁铁，120℃再加热1h； [0094] S2.用小刀将步骤S1中的一次纤毛阵列结构中超过微孔阵列中微孔深度的纤毛给剔除，为微孔阵列替换上新的盖板，并把盖板的孔洞与微孔阵列的孔洞对齐，放置于450mT的垂直磁场中，取含铁磁性颗粒的气溶胶溶液1.5mL进行二次自主装成型，由于微孔内已经有纤毛的根部，减小了微孔内纤毛根部的顶端与盖板之间的高度差，所以含铁粉的气溶胶会在盖板上和微孔阵列的微孔内进行自组装，形成均匀的，高度一致的磁响应纤毛阵列，把纤毛阵列和磁铁一起放入烘箱中60℃加热1h，然后移除磁铁，120℃再加热1h，揭下盖板，最终制得了柔性磁响应纤毛阵列； [0095] S3.将0.6g，96％1H,1H,2H,2H‑全氟癸基三乙氧基硅烷(FAS‑17)，0.6g粒径为7nm的疏水气相二氧化硅，0.6g 98％3‑氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)加入30g 95％乙醇中，在室温下机械搅拌15min，然后超声15min的溶液喷涂在柔性磁响应纤毛阵列上，然后80℃加热1h，将柔性磁响应纤毛阵列改性为超疏水表面。 [0096] 含铁磁性颗粒的气溶胶的溶液的制备方法为： [0097] 将30g粒径为5μm的羰基铁粉加入60g甲苯中，超声30分钟，然后加入20g SYLGARD 184PDMS预聚物和2g SYLGARD 184固化剂，搅拌30min。 [0098] 对比例1制备出来的纤毛阵列稀疏，这是由于在平面基底上纤毛的边缘会粘在盖板上，在揭下盖板的过程中，一部分平面基底上的纤毛会被一起移除。该特别稀疏的纤毛阵列无法实验液滴操控和杂质移除的功能。 [0099] 对比例2 [0100] 本例制备了一种柔性磁响应纤毛阵列，本对比例和实施例1的区别在于，不包括盖板，具体为： [0101] S1.将微孔阵列置于磁场强度为450mT的垂直于基板的磁场中，用一个喷嘴直径为0.3mm的喷枪，将含铁磁性颗粒的气溶胶的溶液取1.5mL雾化喷涂到基底上，含铁磁性颗粒的气溶胶颗粒会在磁场的作用下在微孔阵列和盖板表面自组装形成一次纤毛阵列结构，把一次纤毛阵列结构和磁铁一起放入烘箱60℃加热1h，然后移除磁铁，120℃再加热1h； [0102] S2.用小刀将步骤S1中的一次纤毛阵列结构中超过微孔阵列中微孔深度的纤毛给剔除，放置于450mT的垂直磁场中，取含铁磁性颗粒的气溶胶溶液1.5mL进行二次自主装成型，由于微孔内已经有纤毛的根部，减小了微孔内纤毛根部的顶端与盖板之间的高度差，所以含铁粉的气溶胶会在盖板上和微孔阵列的微孔内进行自组装，形成均匀的，高度一致的磁响应纤毛阵列，把纤毛阵列和磁铁一起放入烘箱中60℃加热1h，然后移除磁铁，120℃再加热1h，最终制得了柔性磁响应纤毛阵列； [0103] S3.将0.6g，96％1H,1H,2H,2H‑全氟癸基三乙氧基硅烷(FAS‑17)，0.6g粒径为7nm的疏水气相二氧化硅，0.6g 98％3‑氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)加入30g 95％乙醇中，在室温下机械搅拌15min，然后超声15min的溶液喷涂在柔性磁响应纤毛阵列上，然后80℃加热1h，将柔性磁响应纤毛阵列改性为超疏水表面。 [0104] 对比例2制备出的磁响应纤毛阵列会在基底的孔洞底部和孔壁顶端都生长出密集和无序排列的纤毛，这些密集和杂乱排列的磁响应纤毛无法实现杂质移除的功能。 [0105] 对比例3 [0106] 本例制备了一种柔性磁响应纤毛阵列，本对比例和实施例1的区别在于，只经过一次自主装成型：具体步骤为： [0107] S1.将步骤S1中微孔阵列盖上盖板置于磁场强度为450mT的垂直于基板的磁场中，用一个喷嘴直径为0.3mm的喷枪，将含铁磁性颗粒的气溶胶的溶液取1.5mL雾化喷涂到基底上，含铁磁性颗粒的气溶胶颗粒会在磁场的作用下在微孔阵列和盖板表面自组装形成一次纤毛阵列结构，由于盖板的位置高于孔洞底部约0.2～0.5mm，铁粉倾向于在‑盖板表面聚集，所以这时孔洞内的纤毛是稀疏和长短不一的，把一次纤毛阵列结构和磁铁一起放入烘箱60℃加热1h，然后移除磁铁，120℃再加热1h得到纤毛阵列； [0108] S2.将0.6g，96％1H,1H,2H,2H‑全氟癸基三乙氧基硅烷(FAS‑17)，0.6g粒径为7nm的疏水气相二氧化硅，0.6g 98％3‑氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)加入30g 95％乙醇中，在室温下机械搅拌15min，然后超声15min的溶液喷涂在纤毛阵列上，然后80℃加热1h，将柔性磁响应纤毛阵列改性为超疏水表面。 [0109] 对比例3制备出来的磁响应纤毛阵列是稀疏，短小且长短不一的，因为孔洞底部低于盖板，含铁磁性颗粒气溶胶倾向与在盖板上聚集，自组装形成磁响应纤毛，因此孔洞内只能接受到少量的含铁磁性颗粒气溶胶，形成稀疏，短小且长短不一的纤毛阵列，该纤毛阵列无法实现液滴操控和杂质移除等功能。 [0110] 测试例1 [0111] 本测试例测试了损坏后的磁响应纤毛阵列的修复方法，具体如下： [0112] 实施例1和实施例2中的柔性磁响应纤毛阵列使用出现损坏后用小刀剔除纤毛被损坏部分，剩余纤毛，由于微孔的保护，纤毛的根部依旧留在微孔的孔洞内，加工得到盖板后将盖板的孔洞与被损坏的微孔阵列区域的孔洞对其，并放置于450mT的垂直磁场中，用喷嘴直径为0.3mm的喷枪向阵列基底上喷涂1.5mL步骤2所制得溶液，铁粉会在孔洞内纤毛根部的顶端和盖板上进行自组装，形成均匀的，高度一致的磁响应纤毛阵列，把样品和磁铁一起放入烘箱中60℃加热1h，然后移除磁铁，120℃再加热1h。揭下盖板，纤毛被损坏部分的纤毛得以重新生长和被修复，示意图如图4所示，实物图如图5所示。 [0113] 测试例2 [0114] 本测试例测试柔性磁响应纤毛阵列的液滴操控过程，具体为： [0115] 将一个厚度为5mm，长度为30mm，宽度为20mm，磁场强度为250mT的钕铁硼磁铁置于实施例1所制得磁响应纤毛阵列下方1mm处，让磁铁的南北极平行于磁响应纤毛阵列。这时，磁响应纤毛阵列沿着磁感线的形状在基底上形成一个凹坑。将液滴放置于磁响应纤毛阵列上，移动磁铁，凹坑会随着磁铁的移动而移动，液滴会始终处在凹坑的位置，跟随凹坑移动，从而实现了液滴的精准操控。如图6所示，将一个6μL的液滴放置于磁响应纤毛阵列上，将磁铁以1mm/s的速度从左往右移动，液滴会以相同的速度(1mm/s)从左往右移动。 [0116] 对比例1和对比例3中所制得柔性磁响应纤毛阵列由于过于稀疏，无法形成一个连续凹坑，进而无法实现液滴的操控。 [0117] 测试例3 [0118] 本测试例测试柔性磁响应纤毛阵列的杂质移除过程，具体为：操作一个直径为30mm，高度为30mm，磁场强度为450mT，磁铁南北极垂直放置的钕铁硼磁铁快速接近实施例1和实施2中所制得磁响应纤毛阵列，首先磁响应纤毛会被磁铁吸引，然后随着磁场的变化，磁响应纤毛会迅速地摆向相反的方向，此时如果磁响应纤毛阵列上有杂质，这些杂质会被纤毛击飞从而移除。如图7所示，将一个直径为1.5mm的聚甲醛树脂小球置于磁响应纤毛阵列上，让磁铁以0.3m/s的速度接近磁响应纤毛阵列，聚甲醛树脂小球被纤毛击飞，进而从表面上被移除。 [0119] 对比例1和对比例3中所制得柔性磁响应纤毛阵列由于过于稀疏，没有足够的纤毛快速摆动给杂质提供足够的能量使其被移除，因此不能实现杂质移除。 [0120] 对比例2中所制得柔性磁响应纤毛阵列由于过于密集，在纤毛快速摆动的过程中，纤毛之间会相互干扰，阻挡，进而不能顺利的完成快速摆动，从而不能实现杂质移除。 [0121] 上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 |
||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈