二维微纳结构的转移及初步应用

发布时间：2017-09-09 04:29

  本文关键词：二维微纳结构的转移及初步应用

  更多相关文章： 二维微纳结构 转移 聚乳酸 自支持膜 层层叠加

【摘要】：作为纳米材料的界面表现形式,二维微纳结构(包括连续的薄膜、分立的阵列等)是纳米材料的重要分支,具有广泛的科学内容和应用前景,已受到人们的持续关注。在二维微纳结构的制备中基底起到至关重要的作用。一方面,制备基底的表面直接参与微纳结构的形成,影响甚至决定薄膜的形貌与性能；另一方面,由于各种制备技术对基底的物理和化学性质有一定的要求,使得基底在一定程度上也限定了二维微纳结构的应用范围。发展一种能够将二维微纳结构从制备基底转移至其它材料表面的技术将有助于二维微纳结构摆脱制备基底的限制,扩大其应用范围,进而成为现有薄膜制备技术的一种有效延伸。鉴于此种考虑,本论文围绕二维微纳结构的转移开展了两方面的工作：一方面,发展了以可溶性材料为载体的无机二维微纳结构的转移方法,并初步研究了其在多层膜制备、增强金属点阵的基底附着力以及生物检测等方面的应用；另一方面,发展了通过自支持膜形式将单组分有机薄膜进行转移和叠加的方法,并研究了叠加多层膜在药物释放方面的应用。具体工作如下：第二章发展了一种以聚乳酸为载体将二维微纳结构从制备基底转移至任意表面的转移方法,其过程大致如下：首先,将聚乳酸溶液在微纳结构表面滴涂成膜；然后,将聚乳酸和微纳结构形成的复合膜从基底上剥离并在润湿的目标表面展开；最后利用溶剂将载体移除即完成转移。利用此方法本论文将电化学沉积的金、铜微纳结构和化学沉积的银镜薄膜转移到了多种材料表面。我们利用扫描电子显微镜(SEM)对转移前后微纳薄膜的形貌进行了表征,结果显示转移前后三种微纳薄膜结构均保持完整。我们对转移前后微纳薄膜表面的接触角进行了测量,结果显示转移前后微纳结构表面的亲疏水性质基本不变,这表明转移对微纳结构的表面物化性质基本没有影响。在确立转移方法的基础上,我们将银镜薄膜层层叠加制备了多层银膜。由于银镜薄膜具有双层结构,底层为连续致密的薄膜,上层为松散堆积的微粒,因此多层银膜具有致密薄膜与松散微粒交替的层状薄膜结构。由于松散的微粒层与连续薄膜层之间的接触面积小,相互作用较弱,因此多层银膜能够被逐层剥离。此特性使得多层银膜具有可修复性,即当表层在损伤的情况,只需将表层剥离,即可实现表面功能的恢复,这在表面涂层、防腐等方面都具有一定的应用潜力。本章的工作确立了以聚乳酸为载体的转移方法,同时利用其制备了新型结构的二维微纳薄膜,初步展示了转移方法的应用潜力,为二维微纳结构的发展提供了新思路。第三章利用以聚乳酸为载体的转移方法发展了一种构筑微纳结构／高分子层／目标基底夹心结构的新方法,其大致过程如下：利用聚乳酸将复合薄膜从基底剥离后,在微纳结构的背面制备一层高分子薄膜,然后继续转移过程,将微纳结构连同高分子插层转移至目标基底上。基于此方法本论文将具有黏性的聚乙烯亚胺／聚丙烯酸多层膜嵌入到金点阵结构和基底之间,成功地制备了表面牢固附着的表面等离子激元检测器。紫外测试表明转移前后金点阵结构的共振吸收光谱和折射率灵敏度两项光学性质均未发生改变,说明转移后的金点阵结构依然具有生物识别功能,可用于生物传感。同时,超声实验表明转移后的金点阵结构的稳定性较转移前有了明显的增强,超声90 mmin后二者的剩余吸光度所占的百分比分别为86.2%和32.6%,转移后是转移前的2.6倍。另外,本论文利用相同的方法在银多孔阵列与基底之间嵌入了多层膜,并同样得到了光学和传感性质保持的实验结果。本章研究表明转移方法可实现有序结构与基底的牢固结合,加强其稳定性,并能够保持有序结构原有的结构形貌和光学性能,为金属微纳有序结构的广泛应用奠定基础。第四章发展了以琼脂糖凝胶为载体的二维微纳结构的转移方法。此方法避免了转移过程中有机溶剂的使用,并可将微纳结构转移至狭小容器底部。本论文利用此方法成功将电化学沉积金微纳薄膜和化学沉积的银镜薄膜转移至酶标板孔这种狭小容器的底部,实现了对酶标板孔的修饰。SEM结果表明这种转移方法能很好的保持金、银微纳结构薄膜的形貌。利用转移后的金微纳薄膜进行了酶联免疫吸附试验(ELISA)实验表明转移有金微纳薄膜的酶标板孔比未转移的酶标板孔具有更高的ELISA信号,具有90%的增长幅度。这种基于琼脂糖凝胶的转移技术进一步扩展了二维微纳结构转移的应用范围,在生物检测等方面具有一定的应用潜力。第五章利用牺牲层法实现了单组分聚乳酸旋涂薄膜的转移与叠加。利用自支持膜的黏附作用,采用模块化组装思路,通过转移和层层叠加的方式,本论文发展了一种由自支持膜构建多层膜的新方法。首先利用聚乙烯醇(PVA)为牺牲层制备出PLA自支持膜,然后将PLA自支持膜转移叠加到载药的多层膜表面,最后将制备出的PLA多层膜作为阻隔层研究其在药物释放方面的调控应用。结果表明,该种模块化组装方式能够获得多层膜结构的PLA薄膜,且叠加后的PLA薄膜可以有效地降低药物的突释现象,显示出了良好的药物控释功能。转移的薄膜对于控释的作用较原位制备的薄膜强,多层叠加获得的薄膜的控释效果优于相同厚度的单层薄膜,并且其控释效果与叠加层数相关,层数越多控释效果越好。这种基于自支持薄膜转移叠加制备多层膜的方法为改善药物突释、调控药物释放速度提供了新的思路,在医用植入器件、生物材料以及组织工程等领域都将具有广阔的应用前景。本论文的研究表明二维微纳结构的转移可扩展二维微纳结构的应用范围,提升二维微纳结构的整体性能,制备新型的二维微纳结构,是一种有效的二维纳米材料的操控手段。
【关键词】：二维微纳结构 转移 聚乳酸 自支持膜 层层叠加
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要5-8
• Abstract8-14
• 第1章 绪论14-40
• 1.1 二维微纳结构制备技术14-26
• 1.1.1 自组装法14-17
• 1.1.2 LB膜技术17-19
• 1.1.3 电化学沉积法19-21
• 1.1.4 物理气相沉积法21-22
• 1.1.5 化学气相沉积法22-24
• 1.1.6 化学液相沉积法24-25
• 1.1.7 溶胶-凝胶法25-26
• 1.2 二维微纳结构转移技术26-39
• 1.2.1 微接触印刷术27-31
• 1.2.2 纳米转移印刷术31-36
• 1.2.3 其他转移方法36-39
• 1.3 本论文的选题与研究思路39-40
• 第2章 无机微纳薄膜的转移及叠加40-62
• 2.1 引言40-42
• 2.2 实验部分42-48
• 2.2.1 实验材料与仪器42
• 2.2.2 无机微纳薄膜的制备42-45
• 2.2.3 无机微纳薄膜的转移45-47
• 2.2.4 无机微纳薄膜的转移应用47-48
• 2.3 结果与讨论48-61
• 2.3.1 无机微纳薄膜的制备与转移48-54
• 2.3.2 无机微纳薄膜的转移应用54-61
• 2.4 本章小结61-62
• 第3章 基于自组装多层膜的超高黏附贵金属微纳结构及其生物传感应用62-80
• 3.1 引言62-64
• 3.2 实验部分64-68
• 3.2.1 实验材料与仪器64-65
• 3.2.2 金点阵结构的制备65
• 3.2.3 金点阵结构的转移65-67
• 3.2.4 转移后金点阵结构的生物传感应用67
• 3.2.5 转移后金点阵结构的性能表征67-68
• 3.2.6 转移和黏附方法的普适性68
• 3.3 结果与讨论68-79
• 3.3.1 金点阵结构的SEM表征68-71
• 3.3.2 金点阵结构的光学性质71
• 3.3.3 金点阵结构的折射率灵敏度71-73
• 3.3.4 金点阵结构的稳定性73-76
• 3.3.5 转移后金点阵结构的生物传感应用76-77
• 3.3.6 转移和黏附方法的普适性77-79
• 3.4 本章小结79-80
• 第4章 基于凝胶的微纳薄膜的转移与ELISA检测应用80-96
• 4.1 引言80-82
• 4.2 实验部分82-86
• 4.2.1 实验材料与仪器82-84
• 4.2.2 微纳薄膜的制备84
• 4.2.3 微纳薄膜的转移84-85
• 4.2.4 微纳薄膜的ELISA检测85-86
• 4.3 结果与讨论86-93
• 4.3.1 微纳薄膜的制备87-88
• 4.3.2 微纳薄膜的转移88-91
• 4.3.3 微纳薄膜的ELISA检测91-93
• 4.4 本章小结93-96
• 第5章 聚乳酸自支持膜的转移与叠加及其作为药物控释阻隔层的应用96-114
• 5.1 引言96-97
• 5.2 实验部分97-102
• 5.2.1 实验材料与仪器97-98
• 5.2.2 PLA自支持膜的制备98-99
• 5.2.3 PAH-D/HA载药多层膜的制备99-101
• 5.2.4 PLA自支持膜的转移与叠加101
• 5.2.5 药物控释101-102
• 5.3 结果与讨论102-112
• 5.3.1 PLA自支持膜的制备与表征102-105
• 5.3.2 PAH-D/HA载药多层膜的制备的表征105-108
• 5.3.3 PLA自支持膜的转移与叠加的表征108-110
• 5.3.4 药物控释作用110-112
• 5.4 本章小结112-114
• 第6章 结论与展望114-118
• 参考文献118-144
• 致谢144-146
• 攻读博士学位期间发表论文146

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