專利名稱：圖型化聚合物刷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖型化聚合物刷的制備方法。屬于微納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
表面微納米圖型化可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料表面性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的人為可控，成為目前 一個(gè)十分活躍的研究熱點(diǎn)。尤其是表面高分子聚合物的圖型化，在微電子行業(yè)、 化學(xué)和生物分析、微流體、光子晶體以及生物芯片等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。常 用的聚合物圖型化方法是真空紫外光蝕技術(shù)(《聚甲基丙烯酸甲酯薄膜表面的 亞微米級(jí)圖案化》，《材料導(dǎo)報(bào):研究篇》2009年4月(下)第23巻第4期)。該 技術(shù)對(duì)聚合物的透光性、感光性有較高的要求，并且聚合物的硬度對(duì)表面微結(jié) 構(gòu)的穩(wěn)定性有很大的影響，限制了該方法的使用。而聚合物刷表面穩(wěn)定性高， 已經(jīng)得到廣泛研究，因此研究發(fā)展簡(jiǎn)單有效、廣泛適用的微納米圖型化的聚合 物刷制備方法具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡(jiǎn)單有效、能大規(guī)模制 備各種圖型化聚合物刷的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)這一 目的，本發(fā)明通過共價(jià)鍵自組裝技術(shù)將含有共弓I發(fā)劑胺的硫雜 蒽酮光引發(fā)劑固定在基體材料表面，通過掩模版光刻對(duì)引發(fā)劑進(jìn)行圖型化的光 漂白。然后引發(fā)單體聚合，得到微米級(jí)圖型的聚合物刷。
本發(fā)明制備圖型化聚合物刷的具體過程如下 1)對(duì)基片進(jìn)行表面處理。將基片放在濃硫酸和雙氧水的混合溶液中煮沸處理1
一2h，混合溶液中濃硫酸與雙氧水的質(zhì)量比為7:3，然后將基片置于丙酮中超聲 10 — 30min，最后用去離子水沖洗、烘干，去除基片表面的有機(jī)物和雜質(zhì)。2) 環(huán)氧硅垸偶聯(lián)劑自組裝。將洗凈烘干的基片浸入3-環(huán)氧丙醇丙氧基三甲氧基 硅烷的濃度為l-10mM的甲苯溶液中靜置2h-24h，然后將取出的基片先后在甲苯 和丙酮中超聲清洗，烘干，得到環(huán)氧硅烷偶聯(lián)劑自組裝的基片。
3) 光引發(fā)劑接枝。將環(huán)氧硅烷偶聯(lián)劑自組裝的基片浸入光引發(fā)劑濃度為2-10mM 的氯仿溶液中，避光40°C加熱2-12h，取出后在氯仿中超聲清洗，烘干，獲得 表面引發(fā)劑接枝的基片；所述光引發(fā)劑為含有共引發(fā)劑胺的硫雜蒽酮光引發(fā)劑。
4) 掩模版光漂白。將掩模版覆蓋在表面引發(fā)劑接枝的基片表面，置于紫外燈下 光照30-60秒，獲得表面引發(fā)劑光漂白后的基片。
5) 光引發(fā)制備圖型化的聚合物刷。將表面引發(fā)劑光漂白后的基片浸入單體濃度 為0.5-5M的溶液，通氮?dú)?0min除氧后紫外光照，光照時(shí)間30min-5h;反應(yīng)后 將基片在甲苯、氯仿、丙酮或純酒精中超聲清洗，烘干，得到微米級(jí)圖型化的 聚合物刷。
本發(fā)明中所述光引發(fā)劑為DAB-16-TX、 DAB-4-TX、 DAB-64-TX或HPTX。 所述單體為可進(jìn)行光引發(fā)聚合的單體，如甲基丙烯酸甲酯(MMA)，異丙基 丙烯酰胺(NIPAM)，甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)等等。
本發(fā)明制備圖型化聚合物刷的方法操作簡(jiǎn)單，引發(fā)劑接枝密度大，引發(fā)速 度快效率高。本發(fā)明所用掩模版的圖型多種多樣，并且廣泛適用于能夠進(jìn)行光 引發(fā)聚合的單體。通過引發(fā)功能性單體，能制備出對(duì)環(huán)境如溫度、pH值敏感的 圖形化聚合物刷。而進(jìn)一步對(duì)聚合物刷子進(jìn)行改性，將一些生物分子如多糖、 多肽、蛋白質(zhì)引入到圖形化的聚合物刷子中，可以得到在微米級(jí)區(qū)域具有不同 生物活性的表面。這些研究為制備微納米傳感器、生物芯片打下基礎(chǔ)。


圖l為本發(fā)明方法的流程圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)例得到的PMMA圖型化聚合物刷圖。 圖3為本發(fā)明實(shí)例得到的PNIPAM圖型化聚合物刷圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
圖1為本發(fā)明方法的流程圖。如圖1所示，首先對(duì)基片(硅片或石英片) 進(jìn)行清洗得到硅羥基表面，然后浸入3-環(huán)氧丙醇丙氧基三甲氧基硅烷的甲苯溶 液中。含有甲氧基的硅垸偶聯(lián)劑，與基片表面羥基發(fā)生反應(yīng)，自組裝在基層表 面。洗去基片表面吸附的硅烷偶聯(lián)劑，烘干后浸入引發(fā)劑溶液，避光4(TC加熱 2-12h后得到引發(fā)劑接枝單層。超聲洗去單層表面吸附的引發(fā)劑，烘干。將掩模 版覆蓋在引發(fā)劑接枝的基片表面，置于紫外燈下光照30-60秒。然后浸入單體 溶液中紫外光照30min-5h，得到圖型化的聚合物刷。 實(shí)施例1
1、 基底的處理
將硅片基底放在濃硫酸和雙氧水的混合溶液中煮沸處理lh，混合溶液中濃 硫酸與雙氧水的質(zhì)量比為7:3，然后將基片置于丙酮中超聲30min，最后用去離 子水沖洗、烘干，去除基片表面的有機(jī)物和雜質(zhì)。
2、 環(huán)氧硅垸偶聯(lián)劑自組裝
將洗凈烘干的基片浸入3-環(huán)氧丙醇丙氧基三甲氧基硅烷濃度為5mM的甲苯 溶液中靜置12h。然后將取出的基片先后在甲苯和丙酮中超聲清洗，烘干，得到 環(huán)氧硅垸偶聯(lián)劑自組裝的硅片。
3、 引發(fā)劑DAB-16-TX接枝
將環(huán)氧硅烷偶聯(lián)劑自組裝的基片浸入光引發(fā)劑DAB-16-TX濃度為2mM的氯 仿溶液中，避光40。C加熱12h，取出后在氯仿中超聲清洗，烘干，獲得表面引 發(fā)劑接枝的硅片。
4、 掩模版光漂白
將掩模版覆蓋在表面引發(fā)劑接枝的基片表面，置于紫外燈下光照30秒。獲 得表面引發(fā)劑光漂白后的基片。
5、 光引發(fā)制備圖型化聚合物刷
將表面引發(fā)劑光漂白后的基片浸入單體濃度1M的MMA的甲苯溶液，通氮?dú)?30min除氧后紫外光照lh，反應(yīng)后將基片在甲苯、氯仿、丙酮或純酒精中超聲
5清洗，烘干，得到圖型化的PMMA聚合物刷。
圖2所示為放大倍數(shù)50倍的圖型化的PMMA聚合物刷。 實(shí)施例2
1、 基底的處理
將硅片基底放在濃硫酸和雙氧水的混合溶液中煮沸處理1.5h，混合溶液中 濃硫酸與雙氧水的質(zhì)量比為7:3，然后將基片置于丙酮中超聲20min，最后用去 離子水沖洗、烘干，去除基片表面的有機(jī)物和雜質(zhì)。
2、 環(huán)氧硅垸偶聯(lián)劑自組裝
將洗凈烘干的硅片浸入3-環(huán)氧丙醇丙氧基三甲氧基硅垸濃度為5mM的甲苯 溶液中靜置12h。然后將取出的硅片先后在甲苯和丙酮中超聲清洗，烘干，得到 環(huán)氧硅垸偶聯(lián)劑自組裝的基片。
3、 引發(fā)劑DAB-16-TX接枝
將環(huán)氧硅烷偶聯(lián)劑自組裝的基片浸入光引發(fā)劑DAB-16-TX濃度為5raM的氯 仿溶液中，避光4(TC加熱12h，取出后在氯仿中超聲清洗，烘干，獲得表面引 發(fā)劑接枝的基片；
4、 掩模版光漂白
將掩模版覆蓋在引發(fā)劑接枝的硅片表面，置于紫外燈下光照45秒。
5、 光引發(fā)制備圖型化聚合物刷
將表面引發(fā)劑光漂白后的硅片浸入單體濃度1M的NIPAM溶液，溶劑為甲醇 和水體積比l: l的混合溶液。通氮?dú)?0min除氧后紫外光照2h，反應(yīng)后將基片 在甲苯、氯仿、丙酮或純酒精中超聲清洗，烘干，得到圖型化的PNIPAM聚合物 刷。圖3A為放大倍數(shù)1250倍的圖型化PNIPAM聚合物刷。圖3B為PNIPAM圖型 化聚合物刷的AFM圖，由于聚合物鏈烘干后的蜷縮，表面有凸起。 實(shí)施例3
1、基底的處理
將硅片基底放在濃硫酸和雙氧水的混合溶液中煮沸處理2h，混合溶液中濃 硫酸與雙氧水的質(zhì)量比為7:3，然后將基片置于丙酮中超聲10min，最后用去離子水沖洗、烘干，去除基片表面的有機(jī)物和雜質(zhì)。
2、 環(huán)氧硅烷偶聯(lián)劑自組裝
將洗凈烘干的硅片浸入3-環(huán)氧丙醇丙氧基三甲氧基硅垸濃度為lOmM的甲苯 溶液中靜置12h。然后將取出的硅片先后在甲苯和丙酮中超聲清洗，烘干，得到 環(huán)氧硅烷偶聯(lián)劑自組裝的基片。
3、 引發(fā)劑DAB-16-TX接枝
將環(huán)氧硅烷偶聯(lián)劑自組裝的基片浸入光引發(fā)劑DAB-16-TX濃度為10mM的氯 仿溶液中，避光40。C加熱12h，取出后在氯仿中超聲清洗，烘干，獲得表面引 發(fā)劑接枝的基片；
4、 掩模版光漂白
將掩模版覆蓋在引發(fā)劑接枝的硅片表面，置于紫外燈下光照60秒。
5、 光引發(fā)制備圖型化聚合物刷
將表面引發(fā)劑光漂白后的硅片浸入單體濃度1M的甲基丙烯酸縮水甘油酯 (GMA)單體溶液。通氮?dú)?0min除氧后紫外光照2h，反應(yīng)后將基片在甲苯、氯仿、 丙酮或純酒精中超聲清洗，烘干，得到圖型化的PGMA聚合物刷。
權(quán)利要求
1、一種圖型化聚合物刷的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)將基片放在濃硫酸和雙氧水的混合溶液中煮沸處理1-2h，混合溶液中濃硫酸與雙氧水的質(zhì)量比為7∶3，然后將基片置于丙酮中超聲10-30min，最后用去離子水沖洗、烘干，去除基片表面的有機(jī)物和雜質(zhì)；2)將洗凈烘干的基片浸入3-環(huán)氧丙醇丙氧基三甲氧基硅烷的濃度為1-10mM的甲苯溶液中靜置2h-24h，然后將取出的基片先后在甲苯和丙酮中超聲清洗，烘干，得到環(huán)氧硅烷偶聯(lián)劑自組裝的基片；3)將環(huán)氧硅烷偶聯(lián)劑自組裝的基片浸入光引發(fā)劑濃度為2-10mM的氯仿溶液中，避光40℃加熱2-12h，取出后在氯仿中超聲清洗，烘干，獲得表面引發(fā)劑接枝的基片；所述光引發(fā)劑為含有共引發(fā)劑胺的硫雜蒽酮光引發(fā)劑；4)將掩模版覆蓋在表面引發(fā)劑接枝的基片表面，置于紫外燈下光照30-60秒，獲得表面引發(fā)劑光漂白后的基片；5)將表面引發(fā)劑光漂白后的基片浸入單體濃度為0.5-5M的溶液，通氮?dú)?0min除氧后紫外光照，光照時(shí)間30min-5h；反應(yīng)后將基片在甲苯、氯仿、丙酮或純酒精中超聲清洗，烘干，得到微米級(jí)圖型化的聚合物刷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的圖型化聚合物刷的制備方法，其特征在于所述光引發(fā) 劑為DAB-16-TX、 DAB-4-TX、 DAB-64-TX或HPTX。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1的圖型化聚合物刷的制備方法，其特征在于所述單體為 可進(jìn)行光引發(fā)聚合的單體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖型化聚合物刷的制備方法，屬于微納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。通過共價(jià)鍵自組裝技術(shù)將含有共引發(fā)劑胺的硫雜蒽酮光引發(fā)劑固定在基體材料表面，通過掩模版光刻對(duì)引發(fā)劑進(jìn)行圖型化的光漂白，然后光引發(fā)單體聚合，得到微米級(jí)圖型的聚合物刷。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單有效，適合大規(guī)模制備各種圖型化聚合物刷子，并以此方法可以制備出功能性圖型化聚合物刷，為聚合物刷的潛在應(yīng)用拓展方向。
文檔編號(hào)C03C17/30GK101560061SQ200910052149
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者睿 劉, 杰 印, 姜學(xué)松, 賈新雁 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)