微观图案化表面的构筑及其应用探索

【摘要】：近年来，具有特殊功能的微观图案化表面引起了人们浓厚的研究兴趣，并被广泛应用于微反应器、生物传感器、微电子器件、光学器件以及生物界面等领域。在众多微观图案化表面的构筑方法中，胶体刻蚀技术备受人们关注。本论文中，我们基于胶体刻蚀技术制备了聚合物及无机材料的微、纳米图案化表面，通过形貌设计、结构优化和化学改性实现了图案化表面的功能化和智能化。 第一，我们利用胶体刻蚀技术制备了基于高长径比的单晶硅纳米锥阵列的减反射、自清洁表面和基于二氧化硅纳米锥阵列的防雾、增透表面。我们通过实验和理论计算阐述了二氧化硅纳米结构的形貌对其减反射性能的影响。我们将增透表面用于白光有机发光器件的基底，其效率是没有减反射涂层器件的1.4倍。 第二，我们利用胶体刻蚀技术结合后修饰构筑了基于表面等离子体共振和二维光子晶体的传感器。基于表面等离子体共振的传感器可以用于原位、无标记的检测牛血清蛋白。基于二维光子晶体的传感器可以快速、高稳定性的检测水蒸气。 第三，我们利用胶体刻蚀技术结合表面引发原子转移自由基聚合制备了大面积的高分子刷图案化表面，并研究了其在蛋白质和DNA阵列、细胞图案化、微反应器上的应用。结合胶体晶体模压和去润湿技术可以制备复杂的图案化结构，如纳米条、纳米椭环。另外，我们利用聚2-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯的二甲氨基与环糊精的主客体相互作用，实现了聚合物/金纳米粒子的图案化表面的制备。最后，我们将聚2-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯图案化结构作为微反应器进行生物矿化制备了聚合物/二氧化硅纳米粒子的图案化表面。