二維微納結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移及初步應(yīng)用.pdf

1、作為納米材料的界面表現(xiàn)形式，二維微納結(jié)構(gòu)（包括連續(xù)的薄膜、分立的陣列等）是納米材料的重要分支，具有廣泛的科學(xué)內(nèi)容和應(yīng)用前景，已受到人們的持續(xù)關(guān)注。在二維微納結(jié)構(gòu)的制備中基底起到至關(guān)重要的作用。一方面，制備基底的表面直接參與微納結(jié)構(gòu)的形成，影響甚至決定薄膜的形貌與性能;另一方面，由于各種制備技術(shù)對基底的物理和化學(xué)性質(zhì)有一定的要求，使得基底在一定程度上也限定了二維微納結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。發(fā)展一種能夠?qū)⒍S微納結(jié)構(gòu)從制備基底轉(zhuǎn)移至其它材料表面的技

2、術(shù)將有助于二維微納結(jié)構(gòu)擺脫制備基底的限制，擴大其應(yīng)用范圍，進(jìn)而成為現(xiàn)有薄膜制備技術(shù)的一種有效延伸。
　　鑒于此種考慮，本論文圍繞二維微納結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移開展了兩方面的工作:一方面，發(fā)展了以可溶性材料為載體的無機二維微納結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移方法，并初步研究了其在多層膜制備、增強金屬點陣的基底附著力以及生物檢測等方面的應(yīng)用;另一方面，發(fā)展了通過自支持膜形式將單組分有機薄膜進(jìn)行轉(zhuǎn)移和疊加的方法，并研究了疊加多層膜在藥物釋放方面的應(yīng)用。具體工作如下:

3、r>　　第二章發(fā)展了一種以聚乳酸為載體將二維微納結(jié)構(gòu)從制備基底轉(zhuǎn)移至任意表面的轉(zhuǎn)移方法，其過程大致如下:首先，將聚乳酸溶液在微納結(jié)構(gòu)表面滴涂成膜;然后，將聚乳酸和微納結(jié)構(gòu)形成的復(fù)合膜從基底上剝離并在潤濕的目標(biāo)表面展開;最后利用溶劑將載體移除即完成轉(zhuǎn)移。利用此方法本論文將電化學(xué)沉積的金、銅微納結(jié)構(gòu)和化學(xué)沉積的銀鏡薄膜轉(zhuǎn)移到了多種材料表面。我們利用掃描電子顯微鏡(SEM)對轉(zhuǎn)移前后微納薄膜的形貌進(jìn)行了表征，結(jié)果顯示轉(zhuǎn)移前后三種微納薄膜結(jié)構(gòu)均

4、保持完整。我們對轉(zhuǎn)移前后微納薄膜表面的接觸角進(jìn)行了測量，結(jié)果顯示轉(zhuǎn)移前后微納結(jié)構(gòu)表面的親疏水性質(zhì)基本不變，這表明轉(zhuǎn)移對微納結(jié)構(gòu)的表面物化性質(zhì)基本沒有影響。在確立轉(zhuǎn)移方法的基礎(chǔ)上，我們將銀鏡薄膜層層疊加制備了多層銀膜。由于銀鏡薄膜具有雙層結(jié)構(gòu)，底層為連續(xù)致密的薄膜，上層為松散堆積的微粒，因此多層銀膜具有致密薄膜與松散微粒交替的層狀薄膜結(jié)構(gòu)。由于松散的微粒層與連續(xù)薄膜層之間的接觸面積小，相互作用較弱，因此多層銀膜能夠被逐層剝離。此特性使得多

5、層銀膜具有可修復(fù)性，即當(dāng)表層在損傷的情況，只需將表層剝離，即可實現(xiàn)表面功能的恢復(fù)，這在表面涂層、防腐等方面都具有一定的應(yīng)用潛力。本章的工作確立了以聚乳酸為載體的轉(zhuǎn)移方法，同時利用其制備了新型結(jié)構(gòu)的二維微納薄膜，初步展示了轉(zhuǎn)移方法的應(yīng)用潛力，為二維微納結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了新思路。
　　第三章利用以聚乳酸為載體的轉(zhuǎn)移方法發(fā)展了一種構(gòu)筑微納結(jié)構(gòu)/高分子層/目標(biāo)基底夾心結(jié)構(gòu)的新方法，其大致過程如下:利用聚乳酸將復(fù)合薄膜從基底剝離后，在微納結(jié)構(gòu)

6、的背面制備一層高分子薄膜，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)移過程，將微納結(jié)構(gòu)連同高分子插層轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底上?；诖朔椒ū菊撐膶⒕哂叙ば缘木垡蚁﹣啺?聚丙烯酸多層膜嵌入到金點陣結(jié)構(gòu)和基底之間，成功地制備了表面牢固附著的表面等離子激元檢測器。紫外測試表明轉(zhuǎn)移前后金點陣結(jié)構(gòu)的共振吸收光譜和折射率靈敏度兩項光學(xué)性質(zhì)均未發(fā)生改變，說明轉(zhuǎn)移后的金點陣結(jié)構(gòu)依然具有生物識別功能，可用于生物傳感。同時，超聲實驗表明轉(zhuǎn)移后的金點陣結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較轉(zhuǎn)移前有了明顯的增強，超聲90 m

7、in后二者的剩余吸光度所占的百分比分別為86.2％和32.6％，轉(zhuǎn)移后是轉(zhuǎn)移前的2.6倍。另外，本論文利用相同的方法在銀多孔陣列與基底之間嵌入了多層膜，并同樣得到了光學(xué)和傳感性質(zhì)保持的實驗結(jié)果。本章研究表明轉(zhuǎn)移方法可實現(xiàn)有序結(jié)構(gòu)與基底的牢固結(jié)合，加強其穩(wěn)定性，并能夠保持有序結(jié)構(gòu)原有的結(jié)構(gòu)形貌和光學(xué)性能，為金屬微納有序結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　第四章發(fā)展了以瓊脂糖凝膠為載體的二維微納結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移方法。此方法避免了轉(zhuǎn)移過程中有機溶劑

8、的使用，并可將微納結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至狹小容器底部。本論文利用此方法成功將電化學(xué)沉積金微納薄膜和化學(xué)沉積的銀鏡薄膜轉(zhuǎn)移至酶標(biāo)板孔這種狹小容器的底部，實現(xiàn)了對酶標(biāo)板孔的修飾。SEM結(jié)果表明這種轉(zhuǎn)移方法能很好的保持金、銀微納結(jié)構(gòu)薄膜的形貌。利用轉(zhuǎn)移后的金微納薄膜進(jìn)行了酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA)。實驗表明轉(zhuǎn)移有金微納薄膜的酶標(biāo)板孔比未轉(zhuǎn)移的酶標(biāo)板孔具有更高的ELISA信號，具有90％的增長幅度。這種基于瓊脂糖凝膠的轉(zhuǎn)移技術(shù)進(jìn)一步擴展了二維微納結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)

9、移的應(yīng)用范圍，在生物檢測等方面具有一定的應(yīng)用潛力。
　　第五章利用犧牲層法實現(xiàn)了單組分聚乳酸旋涂薄膜的轉(zhuǎn)移與疊加。利用自支持膜的黏附作用，采用模塊化組裝思路，通過轉(zhuǎn)移和層層疊加的方式，本論文發(fā)展了一種由自支持膜構(gòu)建多層膜的新方法。首先利用聚乙烯醇(PVA)為犧牲層制備出PLA自支持膜，然后將PLA自支持膜轉(zhuǎn)移疊加到載藥的多層膜表面，最后將制備出的PLA多層膜作為阻隔層研究其在藥物釋放方面的調(diào)控應(yīng)用。結(jié)果表明，該種模塊化組裝方式能夠

10、獲得多層膜結(jié)構(gòu)的PLA薄膜，且疊加后的PLA薄膜可以有效地降低藥物的突釋現(xiàn)象，顯示出了良好的藥物控釋功能。轉(zhuǎn)移的薄膜對于控釋的作用較原位制備的薄膜強，多層疊加獲得的薄膜的控釋效果優(yōu)于相同厚度的單層薄膜，并且其控釋效果與疊加層數(shù)相關(guān)，層數(shù)越多控釋效果越好。這種基于自支持薄膜轉(zhuǎn)移疊加制備多層膜的方法為改善藥物突釋、調(diào)控藥物釋放速度提供了新的思路，在醫(yī)用植入器件、生物材料以及組織工程等領(lǐng)域都將具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本論文的研究表明二