Name: 功能表面用印迹纳米纤维聚合的多尺度结构 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-11T14:45:00.000+00:00
Duration: 6 min 14 s
Description: 学习利用阳极氧化铝滤膜和纳米纤维自组装快速制备多尺度功能表面的印迹方法。该技术可调控表面润湿性，适用于材料科学与工程应用。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

本材料基于韩国国家研究基金会（NRF）基础科学研究中心项目的支持，该项目由韩国科学、信息通信技术和未来规划部资助（项目编号：NRF-2017R1A2B4008053）；同时由韩国产业通商资源部（MOTIE）产业技术创新项目（项目编号：10052802）以及韩国技术革新促进会（KIAT）通过经济合作地区产业促进项目（项目编号：N0002310）资助。

1. 使用AAO滤膜制备纳米-微米多尺度结构表面（图1）
<ol>
	<li>购买一个孔径为 200 nm、高度为 60 µm、直径为 25 mm 的阳极氧化铝（AAO）滤膜。</li>
	<li>1.2. 清洁厚度为 100 μm 的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜表面，使用纯度为 99.8% 的丙酮和纯度为 99.9% 的异丙醇（IPA）清洗 5 分钟，然后用气枪吹干 3 分钟至完全干燥。</li>
	<li>将 PET 薄膜放置在无污染的平坦表面上，并在其表面滴加 0.1 mL 黏度为 257.4 cPs 的紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯（PUA）型树脂。</li>
	<li>将 AAO 滤膜置于树脂上，使用直径为 32 mm 的橡胶滚轮均匀加压。通过肉眼观察树脂的铺展情况，因此在加压时必须反复且小心地推动滚轮。 
	警告：AAO 滤膜较脆，若施加过大的力可能导致其破裂。</li>
	<li>滚压后，将由 PET 薄膜和 AAO 滤膜（通过树脂粘合）组成的样品暴露于波长为 365 nm 的紫外光下照射 30 秒，以固化树脂。</li>
	<li>将固化的样品浸入 100 mL 浓度为 2 M 的 NaOH 溶液中 10 分钟，以溶解滤膜。 
	注意：扫描电镜（SEM）图像显示了该结构的横截面和表面形貌（图 2）。</li>
	<li>用去离子水清洗样品，然后用气枪吹干 3 分钟至完全干燥。 
	注意：能谱（EDX）分析证实未检测到 Na 和 Al 元素，表明滤膜已被完全蚀刻（图 3）。</li>
</ol>
2. 表面处理
<ol>
	<li>紫外臭氧处理</li>
	<li>使用异丙醇（IPA）和去离子水清洗具有纳米-微米多级结构的样品5分钟，然后用气枪吹干3分钟。</li>
	<li>用紫外光（波长185-254 nm）照射样品的多级结构面（即具有多级结构的一侧）60分钟。 
	注意：紫外臭氧设备的光强为25 mW/cm2。</li>
	<li>十八烷基三氯硅烷（OTS）自组装</li>
	<li>将加热板置于手套箱内，并维持氮气（N2）环境，用于蒸镀过程。</li>
	<li>用胶带将样品边缘固定在玻璃片或平板上，确保玻璃片或平板的尺寸足够大，能够完全覆盖住烧杯顶部（烧杯直径为8 mm，高度为13 mm）。</li>
	<li>将&#160;烧杯放置在加热板上（5&#34;x7"），并用移液器向烧杯中加入2&#160;mL OTS溶液。</li>
	<li>将带有样品的玻璃片或平板正面朝下盖在烧杯上，使样品面向烧杯内部。</li>
	<li>在100 °C下反应60分钟，然后将样品从手套箱中取出。 
	注意：OTS涂层处理完成后，必须清洗烧杯和手套箱。</li>
</ol>
3. 通过注入润滑剂制备功能表面
<ol>
	<li>将约 0.2&#160;mL&#160;全氟碳（PFC）液体滴加到OTS修饰的自组装纳米纤维阵列上。</li>
	<li>使用配备5X–20X物镜的光学显微镜观察PFC&#160;的润湿过程。</li>
	<li>将样品垂直放置数小时，以去除多余的PFC液体。</li>
</ol>

<ol><li>Elghanian, R., Storhoff, J. J., Mucic, R. C., Letsinger, R. L., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+colorimetric+detection+of+polynucleotides+based+on+the+distance-dependent+optical+properties+of+gold+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Selective colorimetric detection of polynucleotides based on the distance-dependent optical properties of gold nanoparticles.</a> Science. 277, 1078-1081 (1997).</li>
<li>Berdichevsky, Y., Lo, Y. H. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.200501621">Polypyrrole nanowire actuators.</a> Advanced Materials. 18, 122-125 (2006).</li>
<li>Mitchell, D. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Smart+nanotubes+for+bioseparations+and+biocatalysis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Smart nanotubes for bioseparations and biocatalysis.</a> Journal of the American Chemical Society. 124, 11864-11865 (2002).</li>
<li>Nicewarner-Pena, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Submicrometer+metallic+barcodes%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Submicrometer metallic barcodes.</a> Science. 294, 137-141 (2001).</li>
<li>Dersch, R., Steinhart, M., Boudriot, U., Greiner, A., Wendorff, J. H. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/pat.568">Nanoprocessing of polymers: applications in medicine, sensors, catalysis, photonics.</a> Polymers for Advanced Technologies. 16, 276-282 (2005).</li>
<li>Baker, L. A., Jin, P., Martin, C. R. <a target="_blank" href="https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10408430500198169">Biomaterials and biotechnologies based on nanotube membranes.</a> Critical reviews in solid state and materials sciences. 30, 183-205 (2005).</li>
<li>Xiang, H., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ma049299m">Block copolymers under cylindrical confinement.</a> Macromolecules. 37, 5660-5664 (2004).</li>
<li>Fei, G., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2013/ra/c3ra43640c">Electro-activated surface micropattern tuning for microinjection molded electrically conductive shape memory polyurethane composites.</a> RSC Advances. 3, 24132-24139 (2013).</li>
<li>Kim, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stretchable+and+transparent+electrodes+based+on+in-plane+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Stretchable and transparent electrodes based on in-plane structures.</a> Nanoscale. 7, 14577-14594 (2015).</li>
<li>Kim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wearable+smart+sensor+systems+integrated+on+soft+contact+lenses+for+wireless+ocular+diagnostics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Wearable smart sensor systems integrated on soft contact lenses for wireless ocular diagnostics.</a> Nature Communications. 8, 14997(2017).</li>
<li>Park, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wearable%2C+wireless+gas+sensors+using+highly+stretchable+and+transparent+structures+of+nanowires+and+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Wearable, wireless gas sensors using highly stretchable and transparent structures of nanowires and graphene.</a> Nanoscale. 8, 10591-10597 (2016).</li>
<li>An, B. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+printing+of+3D+structures+using+an+electrohydrodynamic+inkjet+with+multiple+functional+inks%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">High-resolution printing of 3D structures using an electrohydrodynamic inkjet with multiple functional inks.</a> Advanced Materials. 27, 4322-4328 (2015).</li>
<li>Kim, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fully-integrated%2C+bezel-less+transistor+arrays+using+reversibly+foldable+interconnects+and+stretchable+origami+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Fully-integrated, bezel-less transistor arrays using reversibly foldable interconnects and stretchable origami substrates.</a> Nanoscale. 8, 9504-9510 (2016).</li>
<li>Zhao, Y. S., Zhan, P., Kim, J., Sun, C., Huang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patterned+growth+of+vertically+aligned+organic+nanowire+waveguide+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22American+Chemical+Society+Nano%22%5BJournal%5D)">Patterned growth of vertically aligned organic nanowire waveguide arrays.</a> American Chemical Society Nano. 4, 1630-1636 (2010).</li>
<li>Kuo, C. W., Shiu, J. Y., Chen, P. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cm0343249">Size-and shape-controlled fabrication of large-area periodic nanopillar arrays.</a> Chemistry of Materials. 15, 2917-2920 (2003).</li>
<li>Lee, S. B., Koepsel, R., Stolz, D. B., Warriner, H. E., Russell, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembly+of+biocidal+nanotubes+from+a+single-chain+diacetylene+amine+salt%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Self-assembly of biocidal nanotubes from a single-chain diacetylene amine salt.</a> Journal of the American Chemical Society. 126, 13400-13405 (2004).</li>
<li>Gibson, J. M. <a target="_blank" href="https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/1.881964">Reading and writing with electron beams.</a> Physics Today. 50, 56-61 (1997).</li>
<li>Kramer, N., Birk, H., Jorritsma, J., Schönenberger, C. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.113230">Fabrication of metallic nanowires with a scanning tunneling microscope.</a> Applied Physics Letters. 66, 1325-1327 (1995).</li>
<li>Jiang, P., Bertone, J. F., Colvin, V. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+lost-wax+approach+to+monodisperse+colloids+and+their+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">A lost-wax approach to monodisperse colloids and their crystals.</a> Science. 291, 453-457 (2001).</li>
<li>Steinhart, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymer+nanotubes+by+wetting+of+ordered+porous+templates%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Polymer nanotubes by wetting of ordered porous templates.</a> Science. 296, 1997(2002).</li>
<li>Hong, S. H., Hwang, J., Lee, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Replication+of+cicada+wing%27s+nano-patterns+by+hot+embossing+and+UV+nanoimprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Replication of cicada wing's nano-patterns by hot embossing and UV nanoimprinting.</a> Nanotechnology. 20, 385303(2009).</li>
<li>Han, K. S., Shin, J. H., Yoon, W. Y., Lee, H. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927024810002540">Enhanced performance of solar cells with anti-reflection layer fabricated by nano-imprint lithography.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 95, 288-291 (2011).</li>
<li>Choo, S., Choi, H. J., Lee, H. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167577X1400038X">Replication of rose-petal surface structure using UV-nanoimprint lithography.</a> Materials Letters. 121, 170-173 (2014).</li>
<li>Yu, Z., Chou, S. Y. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl034947l">Triangular profile imprint molds in nanograting fabrication.</a> Nano Letters. 4, 341-344 (2004).</li>
<li>Hirai, Y., Harara, S., Isaka, S., Kobayashi, M., Tanaka, Y. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1143/JJAP.41.4186/pdf">Nano-Imprint lithography using replicated mold by Ni electroforming.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 41, 4186(2002).</li>
<li>Kim, J. H., Cho, Y. T., Jung, Y. G. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s12541-016-0110-0">Selection of absorptive materials for non-reflective wire grid polarizers.</a> International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 17, 903-908 (2016).</li>
<li>St˛epniowski, W. J., Salerno, M. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/271013437_Fabrication_of_nanowires_and_nanotubes_by_anodic_alumina_template-assisted_electrodeposition">Fabrication of nanowires and nanotubes by anodic alumina template-assisted electrodeposition.</a> Manufacturing Nanostructures. 12, 321-357 (2014).</li>
<li>Sousa, C. T., et al. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4893546">Nanoporous alumina as templates for multifunctional applications.</a> Applied Physics Reviews. 1, 031102(2014).</li>
<li>Hong, S. H., Bae, B. J., Lee, H., Jeong, J. H. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167931710000031">Fabrication of high density nano-pillar type phase change memory devices using flexible AAO shaped template.</a> Microelectronic Engineering. 87, 2081-2084 (2010).</li>
<li>Schwirn, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-ordered+anodic+aluminum+oxide+formed+by+H2SO4+hard+anodization%5BTitle%5D)+AND+%22American+Chemical+Society+Nano%22%5BJournal%5D)">Self-ordered anodic aluminum oxide formed by H2SO4 hard anodization.</a> American Chemical Society Nano. 2, 302-310 (2008).</li>
<li>Lee, P. S., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cm051855j">Vertically aligned nanopillar arrays with hard skins using anodic aluminum oxide for nano imprint lithography.</a> Chemistry of Materials. 17, 6181-6185 (2005).</li>
<li>Lopes, M. C., de Oliveira, C. P., Pereira, E. C. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468608001606">Computational modeling of the template-assisted deposition of nanowires.</a> Electrochimica Acta. 53, 4359-4369 (2008).</li>
<li>Choi, M. K., Yoon, H., Lee, K., Shin, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simple+fabrication+of+asymmetric+high-aspect-ratio+polymer+nanopillars+by+reusable+AAO+templates%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Simple fabrication of asymmetric high-aspect-ratio polymer nanopillars by reusable AAO templates.</a> Langmuir. 27, 2132-2137 (2011).</li>
<li>Kim, Y. S., Lee, K., Lee, J. S., Jung, G. Y., Kim, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoimprint+lithography+patterns+with+a+vertically+aligned+nanoscale+tubular+carbon+structure%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Nanoimprint lithography patterns with a vertically aligned nanoscale tubular carbon structure.</a> Nanotechnology. 19, 365305(2008).</li>
<li>Chen, G., Soper, S. A., McCarley, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Free-standing%2C+erect+ultrahigh-aspect-ratio+polymer+nanopillar+and+nanotube+ensembles%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Free-standing, erect ultrahigh-aspect-ratio polymer nanopillar and nanotube ensembles.</a> Langmuir. 23, 11777-11781 (2007).</li>
<li>Jeong, Y., et al. <a target="_blank" href="http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&profile=ehost&scope=site&authtype=crawler&jrnl=20734352&AN=124346307&h=ZyTlM%2Fbgani09GPX%2F%2FKZxrWdPlwjtkNABPQmXyGXjUuCge8y15hfMlZ7PckMzdxzFIkHqdZh80%2B7vwwhFkDdPQ%3D%3D&crl=c">Fabrication of Nano-Micro Hybrid Structures by Replication and Surface Treatment of Nanowires.</a> Crystals. , (2017).</li>
</ol>

作者无任何竞争性财务利益需要披露。

自组装纳米纤维阵列制备的关键步骤是确保在使用橡胶辊涂覆树脂时，脆性的阳极氧化铝（AAO）滤膜不会破裂。实际上，应确保在蚀刻步骤之前的任何阶段，AAO滤膜均不发生断裂。由于AAO滤膜的直径为25 mm，因此基底的尺寸约为30 × 30 mm。
通过适当的表面处理，自组装纳米纤维结构可提供多种功能表面。压印后，其主要表面具有亲水性，但经过紫外臭氧处理以及OTS涂层后表面能发生变化，可被改性为疏水表面。此外，所提出的多尺度多孔结构可通过液体润滑剂灌注工艺转化为滑润表面。
具有纳米-微米多尺度结构的表面呈不透明状，这可能是由于聚集的纳米纤维存在不规则性所致，该特性可应用于光学领域。因此，在后续研究中，我们将使用紫外-可见-红外光谱仪来研究该基底的光学特性。我们预期此类表面的光学性能可应用于需要光漫反射的工业领域。

纳米级纹理结构（如纳米颗粒、纳米管和纳米纤维）因其在电学、生物医学、光学及表面工程等多种应用中展现出的独特特性，已引起科学界的广泛关注1,2,3,4,5,6,7,8。特别是纳米纤维，已被广泛应用于可拉伸透明电极9、可穿戴传感器10,11、互连器件12,13以及纳米光学领域14。在制备纳米结构的多种方法中，如溶胶-凝胶法、自组装、光刻和复制法15,16,17,18,19,20，目前认为使用模板进行直接复制是一种极具前景的方法，因其操作简便、成本低廉，并适用于多种可固化材料21,22,23,24,25,26。
由于AAO具有多尺度结构，包含大量纳米级孔隙和微米级高度，因此被广泛用作制备高长径比纳米纤维和纳米管的模板27,28,29,30。然而，由于在如此高的长径比下存在表面张力，纳米纤维容易发生聚集31,32,33。已有研究证明，长径比大于15:1的纳米纤维无法直立，而是倾向于聚集；而长径比小于5:1的纳米纤维则能单独分散，不发生聚集33,34。在使用刻蚀剂去除氧化铝的过程中，毛细作用力和表面张力在纳米纤维制备过程中起着重要作用。当长径比增加时，纳米纤维之间的表面张力会使其相互靠近，从而导致聚集。已有若干研究致力于防止此类聚集现象，这在聚合物和金属纳米纤维中尤为明显35。其中，纳米纤维表面的水合作用可能减少团聚，因为当液体填充纳米纤维之间的空隙时，表面张力会降低。此外，冷冻干燥法也可通过降低纳米纤维间的表面张力来减少聚集。然而，尽管已有多种尝试，高长径比纳米纤维的直立化仍是一个挑战。
为此，我们报道了一种利用纠缠纳米纤维的聚集现象以正面方式制备多尺度结构的独特方法。在此方法中，采用阳极氧化铝（AAO）滤膜和黏度为257.4 cP的聚氨酯-丙烯酸酯（PUA）类树脂，通过紫外纳米压印光刻（UV-NIL）技术实现纳米纤维结构的复制。UV-NIL完成后，使用&#160;NaOH溶液对模具进行蚀刻。为表征所提出的多尺度结构，我们研究了具有聚集纳米纤维样品的图案特征，以及在自组装单分子层包覆和紫外臭氧处理等适当表面处理后的表面润湿性。此外，我们提出可通过润滑剂浸渍法将这种多尺度多孔表面简便地转化为滑润表面。

<table><tbody><tr><td>MINS 511RM</td><td>Minuta Tech</td><td></td><td>紫外光固化树脂</td></tr><tr><td>十八烷基三氯硅烷（OTS）</td><td>Aldrich</td><td></td><td>表面处理剂</td></tr><tr><td>氧化钠</td><td>SAMCHUN</td><td></td><td>刻蚀溶液</td></tr><tr><td>Anopore 无机膜</td><td>Whatman</td><td></td><td>25mm/0.2&amp;micro;m</td></tr><tr><td>MT-UV-A 47</td><td>Meiji Techno</td><td></td><td>紫外光固化设备</td></tr><tr><td>UVC-30</td><td>Jaesung Engineering</td><td></td><td>紫外臭氧处理设备</td></tr><tr><td>Smart Drop Plus</td><td>FEMTOFAB</td><td></td><td>接触角测量</td></tr><tr><td>氟化液 FC-70</td><td>3M</td><td></td><td>完全氟化的脂肪族化合物液体混合物</td></tr><tr><td>聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜</td><td>Sunchem</td><td></td><td>基底材料</td></tr><tr><td>丙酮（99.8%）</td><td>Daejung</td><td></td><td>清洗溶液</td></tr><tr><td>异丙醇（99.9%）</td><td>Daejung</td><td></td><td>清洗溶液</td></tr><tr><td>橡胶辊</td><td>Hwahong</td><td></td><td>用于涂布树脂</td></tr><tr><td>康宁搅拌加热板</td><td>Corning</td><td></td><td>加热板设备（5&quot; x 7&quot;）</td></tr></tbody></table>

由印迹纳米纤维聚集而成的多尺度结构用于功能表面

Multiscale Structures Aggregated by Imprinted Nanofibers for Functional Surfaces

由于在表面器件中的多种潜在应用，多尺度表面结构引起了越来越多的关注。然而，该领域目前面临的一个挑战是，如何采用一种简便、低成本且高通量的方法来制备微-纳复合结构。为克服这些挑战，本文提出了一种仅通过阳极氧化铝（AAO）滤膜压印工艺结合纳米纤维蒸发自聚集过程来制备多尺度结构的方案。与以往旨在拉直纳米纤维的研究不同，我们展示了一种具有高长径比的多尺度聚集纳米纤维的独特制备方法。此外，还研究了这些结构在不同液体下的表面形貌和润湿性，以推动其在多功能表面中的应用。

我们展示了一种利用AAO滤膜作为压印模具快速、简便地制备多尺度纳米-微米杂化结构的方法。整个过程耗时30分钟（图4）。需要注意的是，在使用NaOH进行蚀刻处理后，由于表面张力导致纳米纤维聚集组装，所得表面呈现出与原始AAO滤膜相似的不透明颜色。此外，EDX分析结果证实，AAO滤膜已通过湿法化学蚀刻被完全去除（图3）。
通过在样品表面滴加5 μL水滴并测量接触角，确定其表面特性。由于AAO滤膜介导的压印过程中所使用的材料具有超亲水性，且所制备的多尺度结构因自聚集的纳米纤维而形成高度多孔的网络，水滴倾向于瞬间被基底吸收。然而，通过适当的表面处理，可将亲水性转变为疏水性。如图5所示，我们证明了在经过OTS涂层处理后，压印形成的多尺度结构表面转变为接触角约为117°的疏水表面。此外，...

本文介绍了一种通过聚集利用阳极氧化铝滤膜制备的纳米纤维，来构建用于功能表面的纳米-微米多尺度结构的简便方法。

多尺度表面结构因其在表面器件中的多种潜在应用而受到越来越多的关注。然而，现有的……

该方法有助于解答工程表面领域中关于管状形貌和润湿性功能表面理解的关键问题。本方法的主要优势在于，仅通过使用阳极氧化铝滤膜和纳米纤维的自聚集过程进行压印，即可实现多尺度纳米微米结构的快速制备。压印后，复制的表面图案最初表现出超亲水性。我们可以通过紫外光处理和自组装单分子层包覆来改变印记结构的表面可及性。获取一片阳极氧化铝（AAO）滤膜，其孔径为200纳米，高度为60微米，直径为25毫米。先用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜和99.8%丙酮清洗表面5分钟，随后用99.9%的试剂继续处理。用异丙醇处理五分钟。使用气枪干燥薄膜三分钟。接下来，将PET薄膜放置在无污染物的平坦表面上。在表面滴加一滴0.1毫升、黏度为257.4 CPS的紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯类树脂。将AAO滤膜置于树脂上，使用直径为32毫米的橡胶辊均匀压紧。通过目视确认树脂的铺展情况。按压时必须重复滚动，并小心推动滚轮。AAO滤膜较脆，若施加过大的力可能导致破裂。滚压后，将使用PET和AAO滤膜制备的样品置于波长为365纳米的紫外光下照射30秒，以固化树脂。然后，将固化后的样品浸入100毫升2摩尔的氢氧化钠溶液中10分钟，以溶解滤膜。扫描电镜图像显示了该结构的表面和横截面。用去离子水清洗样品。然后，使用气枪完全干燥三分钟。采用能谱分析（EDX）确认未检测到钠和铝，表明已完全蚀刻。进行紫外臭氧处理前，先用异丙醇清洗具有纳米-微米多尺度结构的样品五分钟，再用去离子水清洗五分钟。使用气枪吹干清洗后的样品，持续三分钟。使用紫外臭氧仪，在25毫瓦/平方厘米的强度下，用紫外线照射样品60分钟。进行OTS自组装时，将加热板放入手套箱内，并在氮气环境中进行蒸镀过程。出于拍摄目的，我们将在手套箱外进行模拟操作。将烧杯放在加热板上，使用移液器向烧杯中加入两毫升 OTS 溶液。用玻璃片或平板盖住烧杯，使样品面朝下悬于烧杯内部。将样品从手套箱中取出前，在 100 摄氏度下处理 60 分钟。通过注入润滑剂制备功能表面时，在 OTS 涂覆的自组装纳米纤维结构上每平方厘米滴加约 0.2 毫升的全氟碳液体。使用光学显微镜在 5 至 20 倍放大倍数下观察全氟碳的润湿过程。最后，将样品垂直放置数小时，以去除多余的全氟碳液体。此处展示了通过压印工艺和蒸发诱导自聚集获得的多尺度纳米微米杂化结构。由于所制备表面具有超亲水性，难以测量其接触角。有趣的是，在经过足够时间的紫外臭氧处理后，表面形貌和表面润湿性会从超亲水性转变为疏水性，接触角达到126.8度。此外，通过进一步涂覆自组装单分子层，接触角可提高至133.6度。该技术发展之后，为表面工程领域的研究人员探索自组装现象及适当表面处理下的表面功能性和形貌变化开辟了道路。尽管该方法可用于研究表面形貌和润湿性的改变，但由于其具有较大尺度的多孔结构，也可应用于其他领域，如组织切削（使用手术刀）、环境过滤器、催化剂分散器或扩散光学器件。

multiscale-structures-aggregated-imprinted-nanofibers-for-functional

Research

科研

JoVE Journal

Engineering

工程

功能表面用印迹纳米纤维聚合的多尺度结构

本文描述了一种制备具有可特异性结合蛋白质功能基团的纳米纤维的高效方法。该方法首先需要制备带有适当功能基团的聚合物。通过静电纺丝技术将该功能化聚合物加工成纳米纤维。采用共聚焦显微镜研究纳米纤维与蛋白质结合的有效性。...

生物功能纳米纤维的制备方法

我们介绍一种纳米模塑技术，该技术可实现功能材料、材料堆叠层及完整器件的低成本纳米级图案化。纳米模塑可在任何纳米压印设备上进行，并适用于多种材料和沉积工艺。...

功能材料的纳米模塑：一种用于纳米压印的通用互补图案复制方法

当两种相邻的流体通过带有沟槽的微流控通道时，可被引导形成包裹预聚物核心的鞘层，从而 决定微纤维的形状和横截面。光引发聚合反应（如硫醇点击化学反应）非常适合将核心流体快速固化为具有预定尺寸和形状的微纤维。...

预设计尺寸与形状的聚合物及生物杂化纤维的微流控制备

介绍了一种从单一或多种细胞外基质蛋白中获取纳米纤维及复杂纳米结构的方法。该方法利用蛋白质-表面相互作用，制备具有可调组成和结构的自支撑蛋白材料，可用于多种组织工程和生物技术应用。...

利用表面引发组装技术构建的细胞外基质蛋白纳米纤维与纳米结构

本文介绍一种制备具有纤维梯度排列的电纺纳米纤维支架的方案，并探讨其在调控细胞形态与取向中的应用。纳米纤维支架在物理和化学性质上的梯度特征在生物医学领域具有广泛的应用前景。...

具有纤维排列梯度的电纺纳米纤维支架

本文介绍一种通过三轴点胶系统采用自动直写工艺制备自由悬挂的微米/亚微米级聚合物纤维及“网状”结构的实验方案。...

通过机器人分配系统实现悬浮微米/亚微米级纤维结构的预定三维直写

本文介绍了一种利用小型纳米图案化模具制备大面积纳米图案化基底的方案，用于研究纳米形貌对细胞行为的调控作用。...

利用拼接技术扩展纳米图案化基底以调控细胞行为的纳米形貌

报道了用于在表面图案化沉积叠氮内酯嵌段共聚物纳米级厚度刷状层或微米级厚度交联薄膜的制备方法。讨论了每种方法的关键实验步骤、代表性结果及其局限性。这些方法可用于构建具有定制物理结构和可调表面反应性的功能化界面。...

利用含唑啉酮功能化嵌段共聚物的刷状与交联薄膜制备反应性表面

本文介绍了一种通过热纳米压印技术制备梯度纳米图案化培养板，并筛选人内皮祖细胞对这些纳米结构响应的方法。利用所述技术，可制备出能够通过物理刺激调控细胞行为的支架材料。...

利用热纳米压印技术制备梯度纳米图案及人内皮集落形成细胞响应的筛选

本文介绍了垂直排列碳纳米纤维（VACNFs）的微加工方法、将VACNFs转移至柔性基底的技术，以及在刚性和柔性基底上将VACNFs应用于植物以实现生物分子和染料递送的方法。...

利用刚性或柔性基底上的垂直排列碳纳米纤维阵列向植物递送生物分子和染料

带有塑料膜的组织培养小室是细胞培养实验室中的金标准，可作为可渗透支持物用于构建细胞层和屏障组织模型。在此，我们介绍一种简单的方法，用重组功能化蜘蛛丝蛋白制成的更具生物学相关性的膜替代塑料膜。...

定制组织培养插件中由重组功能化蜘蛛丝制成的纳米原纤维基底膜模拟物

学习利用阳极氧化铝滤膜和纳米纤维自组装快速制备多尺度功能表面的印迹方法。该技术可调控表面润湿性，适用于材料科学与工程应用。

由印迹纳米纤维聚集而成的多尺度结构用于功能表面

探索更多视频