Name: 可缩放邮票印刷及不堪砌面的制作 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-12-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 16 s
Description: 学习使用物理压印和PDMS模具技术制作半润湿结构的方法，用于研究微流体动力学和纳米结构对润湿行为的影响。该技术具有成本效益高、时间效率高的优势。

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本材料基于部分由美国海军研究办公室（资助号：N00014-15-1-2481）和美国国家科学基金会（资助号：1653396）资助的研究。本文所包含的观点和结论均为作者意见，不应被解释为美国海军研究办公室、美国国家科学基金会或美国政府的官方政策或背书，无论明示或暗示。

1. 创建图案化图谱
<ol>
	<li>使用图形编辑软件，创建以位图图像表示的所需半芯吸结构图案。 
	注意：某些导流设计参数（即， 角度梯度、深度梯度）可被设置为依赖于分配给每个像素的灰度值。随后通过编辑这些灰度值来调节目标参数。</li>
	<li>将位图保存为可移植网络图形格式（.png），并将文件置于易于访问的文件夹中。</li>
</ol>
2. 放置待压印成型的塑料
<ol>
	<li>首先将 stamping bit 从工作区域移开，以避免意外接触导致针尖破损 (+z 位移， 图1).</li>
	<li>将塑料压印模具/晶圆固定到背板上，以进行后续的压印操作 x,&#160;y 翻译阶段（参见 图1）。将样本/背板固定在电动化XY打孔平台上（图1)</li>
	<li>将塑料模具/晶圆的中心与冲压头的冲压轴对齐。这可通过以下步骤实现 通过 计算机化的 ±x 和 ±y 位移与 x, y 电动冲压平台</li>
	<li>将印章向塑料模具/晶圆方向移动（-z 位移， 图1直至冲压头几乎与模具/晶圆表面接触。</li>
</ol>
3. 用于PDMS成型的塑料样品压印
<ol>
	<li>使用计算机化冲压控制程序，设置冲压头（尖端）与塑料模具/晶圆表面之间的距离。</li>
	<li>将印章位以微小增量（-δ）平移z 位移， 图1) 向样品表面移动，直至工具与塑料接触。 
	注意：钻头仅应 轻轻接触 表面</li>
	<li>接触后，将压印针头沿远离样品的方向平移，以避免在后续移动过程中针头与样品发生任何可能的接触（δz ≈ 100 μm）。</li>
	<li>指定像素距离（单位：微米）、最大和最小腔体深度（单位：微米）、最大和最小角度（单位：度）、初始值 x 和 y 图案的像素位置，以及冲压过程中任意灰度关联图案的像素阈值。</li>
	<li>上传在步骤1.1中创建的图案图，供程序读取。根据像素距离和图案图，将所有印章的位置信息发送至步进电机。</li>
	<li>确保加热激光聚焦在冲压头的尖端，并且仅在冲压头向塑料模具移动并压入模具时激活。</li>
	<li>根据图案化地图，将钻头压入塑料中以形成凹腔，从而获得理想的半芯吸图案。</li>
	<li>移除冲压塑料模具，以便进行后续的表面修整和抛光。</li>
	<li>使用9000目更细的干湿两用砂纸打磨塑料模具表面。 
	注意：或者，可使用微网砂纸进行打磨，以彻底清除表面沉积物，防止PDMS模具中柱状结构周围出现凹坑。</li>
</ol>
4. 制备PDMS模具
<ol>
	<li>将 2 g 弹性体基料和 0.2 g 弹性体固化剂倒入烧杯中，充分混合 3 分钟。</li>
	<li>将混合物放入真空腔中，以去除混合过程中夹带的气泡；此步骤可能需要重复多次。 
	注意：对于不同体积需求的样品，可根据需要调整基料和固化剂的用量，但需保持 10:1 的比例。</li>
	<li>将带有图案的塑料模具放入有边界的容器中，容器尺寸理想情况下不应明显大于模具的外径，以便进行固化。</li>
	<li>将不含气泡的 PDMS 混合物倾倒至带有图案的塑料模具表面及容器内。倾倒时应从图案中心开始，以螺旋方式倒入，尽量使 PDMS 混合物均匀分布。</li>
	<li>若在将混合物倒入压印图案过程中形成气泡，请重复步骤 4.2。将含有图案的 PDMS 混合物和塑料片置于加热板上，先在 100 °C 下加热 15 分钟，再在 65 °C 下继续加热 25 分钟。</li>
	<li>让 PDMS 混合物冷却并固化 20 分钟后再进行操作。</li>
	<li>沿容器壁切开 PDMS 塑料边缘，并将 PDMS 塑料从模具中取出。将 PDMS 塑料存放在带盖容器中，以防止灰尘颗粒附着在表面。</li>
</ol>
5. 在PDMS上沉积薄膜金属
<ol>
	<li>将样品PDMS放入沉积室中，确保留有足够空间，以便快门能够无障碍地打开和关闭。</li>
	<li>将沉积室抽真空至至少10 mTorr。</li>
	<li>启动干泵系统，并将转速设为75 kRPM。使腔室压力降至约10-8 Torr。 
	注意：此过程可去除腔室中的大部分污染物；完成该过程可能需要长达12小时。</li>
	<li>开启冷却器和直流电源，并将功率设为55 W。</li>
	<li>轻微打开氩气阀门，使腔室加压至约10-3 Torr。将干泵系统转速设为50 kRPM，并等待达到设定转速。</li>
	<li>将功率降低至35 W，并将腔室抽真空至13 mTorr。打开快门以引燃等离子体，并启动计时器。 
	注意：引燃后的等离子体应发出蓝色的白炽光。计时器应根据所需薄膜沉积厚度进行设定。已确定在35 W功率和约13 mTorr压力条件下，预计沉积速率为每分钟7 nm。</li>
	<li>当达到所需薄膜厚度后，关闭快门并关闭电源。</li>
	<li>关闭沉积室内所有阀门，并关闭干泵系统。等待干泵风扇完全停止运转。</li>
	<li>缓慢向腔室加压，直至达到当地大气压，然后取出样品，并妥善保存以供后续实验使用。</li>
</ol>

<ol><li>Plawsky, J. L., et al. <a target="_blank" href="https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/15567265.2013.878419">Nano- and Micro-structures for Thin Film Evaporation - A Review.</a> Nanoscale and Microscale Thermophysical Engineering. 18, 251-269 (2014).</li>
<li>Derjaguin, B. V., Churaev, N. V. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0021979778900565">On the question of determining the concept of disjoining pressure and its role in the equilibrium and flow of thin films.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 66, 389(1978).</li>
<li>Ma, H. B., Cheng, P., Borgmeyer, B., Wang, Y. X. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/10.1007%2Fs10404-007-0172-5?LI=true&?from=SL">Fluid flow and heat transfer in the evaporating thin film region.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 4 (3), 237-243 (2008).</li>
<li>Hohmann, C., Stephan, P. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S089417770200122X">Microscale temperature measurement at an evaporating liquid meniscus.</a> Experimental Thermal and Fluid Science. 26 (2-4), 157-162 (2002).</li>
<li>Potask, M. Jr, Wayner, P. C. Jr <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0017931072900580">Evaporation from a two-dimensional extended meniscus.</a> International Journal of Heat Mass Transfer. 15 (10), 1851-1863 (1972).</li>
<li>Panchamgam, S. S., Plawsky, J. L., Wayner, P. C. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0894177706000264">Microscale heat transfer in an evaporating moving extended meniscus.</a> Experimental Thermal and Fluid Science. 30 (8), 745-754 (2006).</li>
<li>Arends, A. A., Germain, T. M., Owens, J. F., Putnam, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+Reflectometry+and+Interferometry+for+Measuring+Thin-film+Thickness+and+Curvature%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Simultaneous Reflectometry and Interferometry for Measuring Thin-film Thickness and Curvature.</a> Review of Scientific Instruments. 89 (5), (2018).</li>
<li>Zhu, Y., Antao, D. S., Lu, Z., Somasundaram, S., Zhang, T., Wang, E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prediction+and+characterization+of+dry+out+heat+flux+in+micropillar+wick+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Prediction and characterization of dry out heat flux in micropillar wick structures.</a> Langmuir. 32 (7), 1920-1927 (2016).</li>
<li>Kim, J., Moon, M. W., Kim, H. Y. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/dynamics-of-hemiwicking/E42C2F820D7D4EE9BF9CCEA0A7162AAA">Dynamics of hemiwicking.</a> Journal of Fluid Mechanics. 800, 57-71 (2016).</li>
<li>Ding, C., Soni, G., Bozorgi, P., Meinhart, C. D., MacDonald, N. C. <a target="_blank" href="https://www.nsti.org/publications/Nanotech/2009/pdf/706.pdf">Wicking Study of Nanostructured Titania Surfaces for Flat Heat Pipes.</a> Nanotech Conference & Expo. , Houston, TX. (2009).</li>
<li>Chen, R., Lu, M. C., Srinivasan, V., Wang, Z., Cho, H. H., Majumdar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanowires+for+Enhanced+Boiling+Heat+Transfer%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Nanowires for Enhanced Boiling Heat Transfer.</a> Nano Letters. 9 (2), 548-553 (2009).</li>
<li>Kim, B. S., Choi, G., Shim, D. II, Kim, K. M., Cho, H. H. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931015306591">Surface roughening for hemi-wicking and its impact on convective boiling heat transfer.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 102, 1100-1107 (2016).</li>
<li>Mikkelsen, M. B., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0960-1317/21/11/115008/meta">Controlled deposition of sol-gel sensor material using hemiwicking.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 21 (11), (2011).</li>
<li>Haatainen, T., Ahopelto, J. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1238/Physica.Regular.067a00357/meta">Pattern Transfer using Step&Stamp Imprint Lithography.</a> Physica Scripta. 67 (4), 357-360 (2003).</li>
<li>Chou, S. Y., Krauss, P. R., Renstrom, P. J. <a target="_blank" href="http://www.nanonex.com/nanoimprint.pdf">Nanoimprint lithography.</a> Journal of vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena. 14 (6), 4129(1996).</li>
<li>Pozzato, A., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0167931706000268">Superhydrophobic surfaces fabricated by nanoprint lithography.</a> Microelectronic Engineering. 83 (4-9), 884-888 (2006).</li>
<li>Nair, R. P., Zou, M. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S025789720800652X">Surface-nano-texturing by aluminum-induced crystallization of amorphous silicon.</a> Surface and Coatings Technology. 203 (5-7), 675-679 (2008).</li>
<li>Ashby, P. D., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultra-sensitive+Imaging+and+Interfacial+Analysis+of+Patterned+Hydrophilic+SAM+Surfaces+Using+Energy+Dissipation+Chemical+Force+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Ultra-sensitive Imaging and Interfacial Analysis of Patterned Hydrophilic SAM Surfaces Using Energy Dissipation Chemical Force Microscopy.</a> Journal of the American Chemical Society. 127 (18), 6814-6818 (2005).</li>
</ol>

作者声明本文无任何披露事项。

已提出一种用于制备具有毛细铺展结构的图案化微柱阵列的方法：通过使用刻写装置，将用户创建的位图中的图案转印到塑料晶圆上形成凹腔。随后浇注PDMS混合物，经固化后通过沉积方式在其表面镀上一层薄铝膜。via该方法，微柱阵列的特性可根据位图中设定的灰度值进行定制。这种图案化设计的关键环节可实现多种多样的毛细铺展结构，可用于各类应用中的测试，包括薄膜研究以及热力系统的直接应用。在代表性结果中未提及的另一可变因素是阵列中可实现的角度梯度。类似于深度梯度，通过改变不同像素的灰度值，可调节钻头的角度（θ，图1）。
另一个需要注意的重要步骤是PDMS基底的制备。在芯吸结构中，柱状结构的高度差异以及柱体表面及周围的形变较为常见。使用微网格砂纸或研磨浆料对表面进行打磨，有助于获得对称的样品和均匀的PDMS厚度。此外，脱气和热处理过程被设计为同时进行，因为模具内部集成了加热元件。这有效减少了操作人员的干预以及由此带来的不规则性，同时降低了空气中的污染风险。即， 在固化阶段产生的...

近年来，人们对能够主动和被动调控流体的润湿、蒸发和混合表现出日益浓厚的兴趣。具有独特纹理的半芯吸表面为冷却技术提供了一种新颖的解决方案，因为这些纹理化表面可在无运动部件的情况下充当流体（和/或热量）泵。这种流体运动由与液体薄膜动态曲率相关的毛细作用级联事件所驱动。通常情况下，当流体润湿固体表面时，会迅速形成弯曲的液态薄膜（即液体弯月面）。流体厚度和曲率分布将持续演化，直至达到自由能最小值。作为参考，在仅数十微米的润湿长度尺度内，这种动态润湿分布的厚度可迅速衰减至几十纳米。因此，这一过渡性（液膜）区域中液-液界面曲率可能发生显著变化。正是在这一过渡性（薄膜）区域，几乎所有的动态物理与化学过程得以产生。特别是，最大（1）蒸发速率、（2）分离压梯度以及（3）静水压梯度均出现在该过渡性（薄膜）区域1,2。因此，弯曲的液膜在热输运、相分离、流体不稳定性以及多组分流体的混合过程中起着至关重要的作用。例如，在传热方面，已观测到最高的壁面热流密度出现在这一高度弯曲的过渡性薄膜区域3,4,5,6,7。
近期的半芯吸研究显示，几何结构（例如， 高度，直径 等等。柱子的尺寸和排列方式决定了流体流经结构时润湿前沿的形态和流动速度8当流体前沿从阵列中最后一个结构末端蒸发时，由于芯吸结构中储存的液体不断补充蒸发的流体，流体前沿得以保持恒定的距离和曲率。9半浸润结构还被用于热管和沸腾表面，以分析和增强不同的传热机制。10,11,12.
目前用于制造吸液结构的一种方法是热压印光刻技术13。该方法通过使用热塑性聚合物印章将所需图案压印到硅模具样品上的抗蚀剂层中，随后移除印章以保留微结构。移除印章后，样品需经过反应离子刻蚀工艺，以去除多余的抗蚀剂层14,15。然而，该工艺对吸液结构制备过程中的温度较为敏感，且涉及多个步骤，需使用多种涂层以确保吸液结构的精确性16。此外，光刻技术在宏观尺度图案化方面并不实用；尽管其仍可实现表面微结构的图案化，但该工艺的大规模复制效率远未达到理想水平。对于大规模、可重复的表面纹理化方法（如旋涂或浸涂），则存在固有的可控图案化能力不足问题。这些方法在目标表面形成随机分布的微结构阵列，但其覆盖面积可远大于传统光刻技术所能实现的范围17。
本报告中所述的方案旨在结合传统织构化方法的优势，同时消除每种方法的特定缺陷；该方案定义了一种在宏观尺度上以可能的高通量方式制备具有不同高度、形状、取向和材料的定制半毛细结构的方法。可快速创建多种毛细图案，以优化毛细特性，例如对流体速度的方向控制、传播过程以及不同流体的混合。采用不同的毛细结构还可提供变化的液膜厚度和曲率分布，从而可用于系统性地研究传热与传质过程与液体弯月面不同厚度及曲率分布之间的耦合关系。

<table><tbody><tr><td>NI-DAQ 9403</td><td>国家仪器公司</td><td>370466AE-01</td><td>相机与激光控制开关之间的通信接口。</td></tr><tr><td>控制开关</td><td>Crouzet</td><td>GN84134750</td><td>用于控制激光的控制器，该控制器根据数据采集设备（DAQ）发送的电压信号来激活激光。</td></tr><tr><td>跳蚤相机</td><td>FLIR</td><td>FL3-U3-120S3C-C</td><td>用于拍摄塑料模具上钻头的微距相机。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>跳蚤成像相机</td><td>Point Grey</td><td>FL3-U3-20E4M-C</td><td>用于获取柱状结构侧面图像的微距相机。</td></tr><tr><td>200 步/转，12 V-350 mA 步进电机（x2）</td><td>AdaFruit</td><td>324</td><td>步进电机用于控制端铣刀的深度和角度。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>10倍无限远校正长工作距离物镜</td><td>Mitutoyo&amp;nbsp;</td><td>#46-144</td><td>用于获取柱体侧面图像的物镜。</td></tr><tr><td>15倍无限远焦距，紫外镀膜，ReflX物镜</td><td>技术说明</td><td>#58-417</td><td>用于获取柱状结构顶部图像的物镜。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>72002 0.002D X 0.006 LOC 碳化钨方头双刃微型立铣刀</td><td>Harvey Tools</td><td>72002</td><td>用于在塑料模具上钻孔的钻头。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>1 kW 直流电源输送</td><td>先进能源</td><td>MDX-1K</td><td>用于为沉积溅射仪供电。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Turbo-V 70LP 高速涡轮分子泵</td><td>瓦里安</td><td>9699336</td><td>用于降低沉积室内部压力的涡轮泵。</td></tr><tr><td>2000毫瓦，405纳米高功率蓝光聚焦激光器</td><td>WDLasers</td><td>KREE</td><td>样品加热激光器</td></tr><tr><td>5.875&quot; I.D. 干燥器，含 0.25&quot; 管路连接</td><td>McMaster-Carr</td><td>2204K5</td><td>PDMS 干燥器</td></tr><tr><td>SYLGARD 184 硅胶弹性体，0.5 kg 装套件</td><td>道康宁</td><td>4019862</td><td>用于制作基底的PDMS试剂盒。</td></tr><tr><td>隔膜空气压缩机/真空泵</td><td>胃</td><td>DOL-701-AA</td><td>干燥器真空泵</td></tr><tr><td>电动线性位移台（2个）</td><td>标准</td><td>8MT175</td><td>用于控制样品板在x和y方向移动的步进电机。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>2&quot; 未安装的正消色差双合透镜，直径，AR镀膜：400-700 nm</td><td>ThorLabs</td><td>AC508-150-A</td><td>使用消色差透镜以获取柱状结构侧面的图像。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Flea 3 Mono&amp;nbsp; 相机，2448 × 2048 像素</td><td>Point Grey</td><td>FL3-GE-50S5M-C</td><td>用于成像柱状结构顶部的微距相机。</td></tr><tr><td>数字真空传感器</td><td>Thyrcont 真空仪器</td><td>4940-CF-212734</td><td>用于监测沉积室内的压力。</td></tr><tr><td>加压氩气罐储气瓶</td><td>Airgas</td><td>AR RP300</td><td>沉积过程中使用的气体。</td></tr><tr><td>一维平移台</td><td>纽波特公司</td><td>TSX-1D</td><td>用于移动相机以对准立铣刀的平移台。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>圆柱形激光器支架（x2）</td><td>Newport Corporation</td><td>ULM-TILT-M</td><td>使用激光安装座移动相机，使其对准立铣刀进行聚焦。</td></tr><tr><td>台式冷却器配离心泵，120V，60Hz</td><td>Polyscience</td><td>LS51MX1A110C</td><td>用于沉积装置的冷却器。</td></tr><tr><td>Alcatel Adixen 2010SD XP，防爆电机，旋片式真空泵，单相</td><td>理想真空产品</td><td>210SDMLAM-XP</td><td>用于沉积装置的真空泵。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>风扇，105 CFM，115 V（x2）</td><td>Comair Rotron</td><td>MU2A1</td><td>用于冷却沉积装置某些部件的风扇。</td></tr></tbody></table>

可扩展的印章印刷与定向导流表面的制备

Scalable Stamp Printing and Fabrication of Hemiwicking Surfaces

半浸润（hemiwicking）是一种流体在毛细作用和吸入作用共同影响下，润湿超出其正常润湿长度的图案化表面的过程。这种润湿现象在从生理学到航空航天工程等多个技术领域中具有重要意义。目前已有多种不同的技术用于制备半浸润结构。然而，这些传统方法通常耗时较长，难以在大面积上实现规模化，或难以针对特定的非均匀图案几何形状进行定制。本方案为研究人员提供了一种简单、可扩展且成本效益高的微图案半浸润表面制备方法。该方法通过印章印刷、聚二甲基硅氧烷（PDMS）模塑和薄膜表面涂层技术来制备浸润结构。本方案以涂覆70 nm厚铝薄膜的PDMS微柱阵列上乙醇的半浸润为例进行了演示。

图1 展示了冲压装置在塑料模具上制造芯吸结构模具的示意图。为评估冲压装置在制造芯吸薄膜过程中的性能，设计了两种不同的柱状阵列，用于分析柱体质量，以供后续芯吸实验使用。研究重点包括：柱体高度的精确性（有无深度梯度）、PDMS 模塑后柱体的形貌质量、溅射沉积工艺后柱体的结构完整性，以及该结构实现半芯吸（hemi-wicking）的能力。为此，制备了两种芯吸图案变体：一种具有深度梯度，另一种为均匀深度。
图2a展示了用于生成深度和角度梯度的位图。可以看出，每个柱状结构列被赋予了从0到95不等的灰度值，以实现每列柱状结构具有不同的深度。图2b和2c展示了通过模塑工艺在PDMS上制备的柱状结构。这验证了灰度值确实影响了塑料模塑过程中的深度，从而决定了PDMS样品上柱状结构的高度...

提供了一种简单的方法，用于制备不同尺寸、形状和材料的半浸润微结构。该方法结合了物理压印、PDMS molding（聚二甲基硅氧烷成型）以及薄膜表面修饰技术。 通过 常见的材料沉积技术

半浸润是一种流体在毛细作用和吸入作用共同影响下，润湿图案化表面并超出其正常润湿长度的过程。

该方法有助于解答微流体动力学领域的关键问题，例如表面纳米结构对薄膜轮廓和芯吸速度的影响。该技术的主要优势在于能够以低成本且高效的方式制备多种芯吸柱阵列。演示该实验步骤的是本实验室的研究生 Thomas Germain。首先，为该实验方案准备压印装置。此压印装置的关键结构细节如示意图所示。用于支撑模具的背板安装在XY平台上。为了在塑料上压印，Theta-Z平台带动一个微型压头移动。激光在压头尖端处加热塑料模具。图中所示为压印压头的背板及其支撑部件，分别位于各自的平台上。配备10倍物镜的摄像机从钻头侧面的位置提供冲压过程的视图。从设备上取下背板以及冲压模具。该模具为一个丙烯酸圆盘，直径一英寸，厚度为八分之一英寸。将冲压模具固定到背板上，以便在设备中使用。接着，手动移动冲压头至一旁，避免对其造成损坏。然后将带有模具的背板固定到电动XY冲压平台上。通过计算机控制，移动塑料模具，使其与冲压钻头的轴线对齐并居中。然后手动平移冲压钻头，直至其几乎与塑料模具接触。使用计算机化冲压控制程序并监控钻头。以微小的步进移动冲压头，直至其尖端与塑料接触。随后，将冲压头从样品处移开。始终确保塑料模具与冲压头保持垂直。否则，一旦制备出PDMS模具，柱状结构的高度将不均匀。柱高不一致可能会影响液体的半浸润行为。接下来，设定创建图案的参数，包括像素长度、腔体深度和起始位置。继续上传已准备好的图案化图谱。灰度值表示所需的腔体深度，其中黑色代表设定的最大腔体深度。启动压印过程。软件将根据像素长度将位移至正确位置。位将按照设定参数冲压出腔体。腔体创建完成后，移除冲压成型的塑料模具。这是压印过程结束后立即得到的印模。该印模在使用 9,000 目湿/干砂纸对其表面进行抛光后即告完成，如此例所示。接下来可使用该印模进行铸模制作。在烧杯中，按10:1的比例加入PDMS弹性体和固化剂。然后充分混合三分钟。混合后，将烧杯放入真空室中，以去除其中夹带的气泡。继续操作前，确保混合物中无任何气泡。接下来，将印模塑料模具放入带壁容器中。理想情况下，容器的尺寸不应明显大于模具的外径。从 stamped 区域的中心开始倒入 PDMS 混合物，并以螺旋方式向外扩散，使其均匀分布。将容器放入真空室中以去除气泡。完成后，将容器转移至加热板，在 100 摄氏度下加热 15 分钟。随后，不使加热板冷却，将其升温至65摄氏度并保持25分钟。将容器移离热源，使PDMS冷却。等待20分钟以完成冷却和固化，然后从容器壁上切下模具。将PDMS从模具上取下，并将塑料模具和PDMS样品存放在带盖容器中。然而，在使用塑料模具前，务必通过将其置于超声波水浴中五分钟，清除表面残留的PDMS。该位图定义了一个矩形芯吸结构。每个像素代表一个边长为 100 微米的正方形。均匀的黑色像素表示 PDMS 中的每根微柱高度均设定为 100 微米。这是通过位图生成

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科研

JoVE Journal

Engineering

工程

可缩放邮票印刷及不堪砌面的制作

介绍了一种可实现癌细胞与外源性透明质酸（HA）相互作用高分辨率分析的新方法。通过结合碳二亚胺化学与微接触印刷技术，制备出图案化表面。...

用于研究透明质酸与癌细胞相互作用的微图案化表面

在金表面由长链烷烃硫醇形成的自组装单分子层（SAMs）为蛋白质图案化和细胞限域提供了明确的基底。使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章对十六烷硫醇进行微接触印刷，随后用端基为乙二醇的烷烃硫醇单体进行反向填充，可形成一种图案，其中蛋白质和细胞仅吸附于印章转移的十六烷硫醇区域。...

创建用于蛋白质和细胞限制的二维图案化基底

本文描述了一种在显微镜腔室中构建黏附性梯度和可溶性梯度的方法，用于活细胞迁移研究。该人工构建的环境结合了抗污表面与黏附轨迹以及溶液梯度，从而可确定不同导向信号之间的相对重要性。...

创建黏附性与可溶性梯度以荧光显微镜成像细胞迁移

本文介绍了一种用于灵活制备微机电系统（MEMS）结构与器件的三维增材微制造策略（称为“微砌筑”）。该方法结合基于转移印刷的微/纳米尺度材料组装技术，以及由快速热退火实现的材料键合技术。...

用于三维增材微制造的微砌筑技术

利用生物配体的微米级图案功能化的细胞培养基底在组织工程领域具有广泛的应用价值。本文展示了多种具有微米图案的聚乙二醇刷状结构组织培养基底的多功能且自动化制备方法，这些聚乙二醇刷具有正交化学特性，可实现生物配体的空间精确定位和位点特异性固定。...

利用机器人微接触印刷（R-µCP）与连续亲核取代反应制备复杂细胞培养基底

介绍了一种基于可转移印刷的可行方法，用于在太阳能电池中引入等离激元金属纳米结构。利用纳米柱状聚二甲基硅氧烷印章，将基于银的有序纳米盘阵列与标准的氢化微晶硅太阳能电池集成，通过等离激元光捕获效应显著提升了器件性能。...

通过转印技术将光捕获银纳米结构集成于氢化微晶硅太阳能电池中

本方案描述了一种使用自动化机器人沉积系统的生物打印方法，该方法结合了刻蚀的拓扑引导线索与承载细胞的水凝胶生物墨水的精确沉积。打印的细胞被直接递送至刻蚀结构中，并能够感知并沿其定向排列。...

用于细胞表面引导与生物打印的自动化机器人分配技术

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

本文介绍一种在增材制造的基底和箔膜上制备喷墨打印多层传感器结构的实验方案。...

用于智能传感器制造的混合打印技术

该方法旨在阐明细胞外基质信号（如基质刚度、蛋白质组成和细胞形态）调控施万细胞（SC）表型的机制。...

可调细胞外基质微环境的制备用于评估施万细胞表型特化

学习使用物理压印和PDMS模具技术制作半润湿结构的方法，用于研究微流体动力学和纳米结构对润湿行为的影响。该技术具有成本效益高、时间效率高的优势。

可扩展的印章印刷与定向导流表面的制备

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