基于DMD的動態掩模的水凝膠微柱陣列的快速制作方法與流程

本發明涉及一種快速制作水凝膠微柱陣列的技術，具體的說是一種基于dmd(數字微鏡陣列)的動態掩模的水凝膠微柱陣列的快速制作方法。

背景技術：

隨著20世紀80年代后期微機電系統(mems)的興起，微加工技術作為微機電系統所必需的一個手段，引起了人們的廣泛重視并得到了快速的發展。微加工技術已經成為一門多學科交叉的制造系統工程和綜合高新技術，廣泛應用于醫療、生物工程、半導體工業等領域，這一領域的發展對未來的國民經濟、科學技術等獎產生巨大的影響，先進國家紛紛將之列為未來關鍵技術之一。

作為微加工技術的產品之一，微柱陣列在微電子機械系統，微光學器件以及生物微流體等領域有著廣泛的應用。田青華等人利用紫外光刻技術加工pdms的微柱陣列拓撲結構作為基底用來培養肝癌細胞，實驗結果表明基底拓撲結構是影響肝癌細胞形態功能的重要微環境因素，為細胞功能表型優化提供了重要的工程化手段。丁繼亮等人利用pdms制作的微柱陣列來分選不同的細胞。丁建東課題組利用設計的高分子微柱陣列，可以引起細胞核發生嚴重的自我變形。中科院力學所的趙亞溥研究員在固體表面本征濕潤性能和拓撲結構的共同作用下，使得微柱陣列親液表面成為超親液表面，解決了該應用領域瓶頸問題。

現有的制作微柱陣列的方法主要有liga，icp、軟光刻和激光直寫等。liga即光刻、電鑄和注塑的縮寫，是一種基于x射線光刻技術的mems加工技術，其可以制造大深寬比的微結構，但是卻需要昂貴的設備；icp即等離子體刻蝕工藝，在成型材料上有很大的限制，同時設備昂貴。最為常用的軟光刻技術雖然易于操作，但是其工藝步驟過于繁瑣(包括氣相成底模、旋轉烘膠、軟烘、對準和曝光、顯影、堅膜烘焙、顯影檢查等)，導致制作的耗時較長。激光直寫技術是今年來新興的微加工技術之一，該技術具有高分辨率、高穩定性等優點，但是，該技術一般利用的是線掃描模式，加工時間比較長。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的上述不足之處，本發明要解決的技術問題是提供一種基于dmd的動態掩模的水凝膠微柱陣列的快速制作方法。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種基于dmd的動態掩模的水凝膠微柱陣列的快速制作方法，包括以下步驟：

將設計的二進制微柱陣列圖形導入到數字微鏡陣列中，并將聚乙二醇二丙烯酸甲酯pegda與光引發劑2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦tpo的混合溶液滴在基底表面；

數字微鏡陣列將紫外入射光反射到聚焦物鏡組中，并投射到基底表面；

調整紫外入射光激光器的功率，激發混合溶液發生交聯反應并固化粘附在基底表面，使固化后的水凝膠微柱陣列形狀與設計圖形的形狀和光斑形狀一致；

進行水凝膠微柱陣列的生長培養。

所述混合溶液為使用75％的酒精配置的聚乙二醇二丙烯酸酯pegda和光引發劑tpo混合溶液，pegda的濃度為40％，tpo的濃度為0.5wt％。

所述混合溶液的制備方法包括以下步驟：

將pegda溶于酒精之中，待攪拌均勻后再加入光引發劑tpo，pegda的最終濃度為40％，tpo的濃度為0.5wt％。

所述交聯反應具體為：經過投影物鏡組的縮束后投射到玻璃基底上的圖形誘導引發劑在紫外光的照射下產生自由基，并于pegda單體結合從而引發自由基聚合反應。

所述基底為玻璃。

所述進行水凝膠微柱陣列的生長培養，具體為：通過設計輸入dmd的圖片中的單個微柱圖形的尺寸來控制所生長的水凝膠微柱的尺寸。

所述投影物鏡組包含一個焦距為35mm的平凹紫外增透透鏡，一個焦距為25mm的平凸紫外增透透鏡和一個10倍紫外聚焦物鏡，各個透鏡按次序從下到上依次為平凸紫外增透透鏡、平凹紫外增透透鏡和10倍紫外聚焦物鏡。

本發明可實現動態化，程序化的水凝膠的微柱陣列的快速制作，并不需要任何物理模板，制作過程簡單，對環境要求低。具體具有以下特點：

1.紫外光照射激發光引發產生自由基，自由基與pegda單體相結合，從而引發水凝膠的交聯反應。自由基只在光斑照射的地方存在。

2.通過控制設計光斑的形狀來控制pegda交聯聚合后的微柱陣列的形狀。利用這種微柱陣列的制作方法，可以不需要物理模板，直接根據所需形狀設計光斑，并且可以動態化的控制水凝膠微柱陣列的形狀、尺寸和位置。

附圖說明

圖1為本發明的原理圖；

圖2為光斑照射到玻璃基底上后生成微柱陣列的示意圖；

其中，圖2(a)為微柱陣列的正視示意圖，圖2(b)為微柱陣列的俯視示意圖；

圖3為掃描電子顯微鏡圖片；

其中，圖3(a)為三角形的水凝膠微柱陣列結果圖，圖3(b)為方形的水凝膠微柱陣列結果圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明做進一步的詳細說明。

本發明是基于dmd的動態掩模的水凝膠微柱陣列快速制作方法：將設計的微柱陣列圖案輸入到dmd中，通過dmd將紫外光反射到投影物鏡組中，經過投影物鏡組的縮束和聚焦，設計的圖案則會投影到玻璃基底上，水凝膠混合溶液中的光引發劑吸收紫外光產生自由基，從而引起水凝膠發生交聯反應，形成固化的水凝膠微柱陣列結構，并且微柱陣列的形狀與照射的光斑的大小和形狀一致，因此，通過控制光斑的位置、形狀和尺寸，就能在玻璃表面的任意位置生長出任意形狀的水凝膠微柱陣列結構。

利用dmd作為動態掩模來加工水凝膠的微柱陣列的方法具有以下特點(如圖1所示)：

1：數字微鏡陣列(dmd)作為動態掩模用于反射紫外光。

2：投影物鏡組包含一個焦距為35mm的平凹紫外增透透鏡，一個焦距為25mm的平凸紫外增透透鏡和一個10倍紫外聚焦物鏡，各個透鏡按次序從下到上依次為平凸紫外增透透鏡、平凹紫外增透透鏡和10倍紫外聚焦物鏡。平凸紫外增透透鏡與平凹紫外增透透鏡之間的距離為60mm，對從dmd反射來的光束進行縮束；平凹紫外增透透鏡與10倍紫外聚焦物鏡之間的距離為20mm。

3：水凝膠微柱陣列的示意圖2所示，圖2(a)為微柱陣列的正視示意圖，圖2(b)為微柱陣列的俯視示意圖。

實施例一

1、將一片載玻片用無水乙醇清洗兩次，利用氮氣將蓋玻片吹干待用。

2、使用75％的酒精配置聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)和光引發劑(tpo)的混合溶液，pegda的濃度為40％，tpo的濃度為0.5wt％。

3、取0.5ml配置好的溶液，滴在載玻片上，使得溶液均勻平鋪在載玻片表面。

4、將載玻片放置在架子上，在電腦中繪制需要的圖片形狀，將繪制好的圖片導入到數字微鏡陣列中，數字微鏡陣列將紫外光反射到投影物鏡組中，經過投影物鏡組的縮束后投射到玻璃基底上的圖形會誘導聚乙二醇二丙烯酸酯和光引發劑的混合溶液發生交聯反應并固化粘附在玻璃表面，而水凝膠的形狀與設計圖片形狀和投射光斑形狀一致。如圖3所示，生長的兩種不同形狀的微柱陣列，圖3(a)為三角形的微柱陣列，圖3(b)為方形的微柱陣列。