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层状组装聚合物薄膜的室温压印

作　者: 卢迎习
导　师: 沈家骢；孙俊奇
学　校: 吉林大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 聚合物薄膜图案化压印吉林大学聚合物材料多层膜博士学位论文薄膜表面聚电解质光刻技术
分类号: O631
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

自从G. Decher提出层状组装(Layer-by-layer assembly)这一概念以来,在短短十几年的发展时间里,它以其成膜物质丰富、操作简单、制作成本低等诸多优点,越来越受到研究者们的青睐。层状组装薄膜在材料科学中占有越来越重要的地位。除了聚电解质外,其他物质如生物大分子、有机小分子、有机/无机纳米粒子、微胶囊等均可以通过适宜的成膜推动力构筑到薄膜当中,这些功能性薄膜被广泛地应用在抗反射薄膜、超亲/疏水薄膜、有机光致发光器件、非线性光学、生物传感器、以及组织工程等领域。另外,随着表面图案化技术的不断深入发展,层状组装薄膜的图案化也得到相应的发展。以传统微接触印刷技术、光刻技术为中心,新近发展的聚合物到聚合物的印刷(Polymer-on-polymer stamp)、多层膜的转印(Multilayer transfer printing)、选择性沉积技术(Selective deposition technology)等等,已将具有不同功能的层状组装薄膜构筑在二维及三维空间。其中,纳米压印技术是一种全新的纳米图形复制技术,它可以大批量重复性地在大面积上制备纳米级图形结构,且所制出的高分辨率图案具有相当好的均匀性和重复性,在电子工业中被广泛所采用。本论文的工作主要包括三个方面:第一,利用室温压印技术与层状组装技术相结合,发展了一种方便有效的具有一定普适性的层状组装薄膜的新的图案化方法。无论是基于静电作用还是氢键构筑的聚合物薄膜,使用刚性的Ni模板可以实现几百纳米尺寸的薄膜图案化。第二,改进模板,使用紫外固化光学胶NOA 63聚合物模板对层状组装薄膜进行室温压印,获得大面积的规整图案结构。通过研究各种实验参数对压印图案的影响,总结出聚合物层状组装薄膜的压印机理,这些均有助于进一步了解层状薄膜的内部结构。第三,利用这种室温压印技术获得聚丙烯酸/聚丙烯胺聚合物薄膜的图案化表面,研究黏附型细胞在其表面的粘附行为。通过调节图案的横向尺寸和纵向高度,可以制备出具有不同细胞响应行为-“亲细胞”或是“憎细胞”的图案化薄膜,这有望在组织工程领域发挥作用。

全文目录

提要  4-8
第一章文献综述  8-54
  第1节层状组装技术  8-17
    1.1.1 多层薄膜的制备方法  8-10
    1.1.2 层状组装薄膜  10-16
      1.1.2.1 层状组装聚合物薄膜  10-13
      1.1.2.2 生物功能性薄膜  13
      1.1.2.3 有机/无机薄膜  13-15
      1.1.2.4 有机小分子薄膜  15-16
    1.1.3 非平面基底的层状组装  16-17
  第2节表面图案化技术  17-32
    1.2.1 表面图案化技术简介  17-18
    1.2.2 光刻技术（Photolithography）  18-20
    1.2.3 软刻技术（Soft Lithography）  20-22
    1.2.4 纳米压印技术（Nanoimprint Lithography, NIL）  22-32
      1.2.4.1 传统纳米压印技术  23-24
      1.2.4.2 NIL 模板  24-28
      1.2.4.3 NIL 压印材料  28-30
      1.2.4.4 室温纳米压印技术  30-32
  第3节层状组装聚合物薄膜的图案化方法  32-47
    1.3.1 选择性沉积技术（Selective Deposition Technology）  32-35
    1.3.2 聚合物到聚合物的印刷技术（Polymer-on-Polymer Stamp）  35-36
    1.3.3 光刻技术  36-38
    1.3.4 其他图案化方法  38-42
      1.3.4.1 剥离技术（Lift-off Technology）  38-39
      1.3.4.2 多层膜转印技术（Multilayer Transfer Printing）  39-40
      1.3.4.3 光诱导偶氮薄膜的图案化  40-41
      1.3.4.4 压缩薄膜方法  41-42
    1.3.5 层状组装薄膜在细胞生物学领域中的应用  42-47
  第4节本课题选题的意义和思路  47
  参考文献  47-54
第二章层状组装聚合物薄膜的室温压印第1节引言  54-67
  第1节引言  54-55
  第2节实验部分  55-58
    2.2.1 实验材料  55-56
    2.2.2 实验方法  56-58
      2.2.2.1 硅基底的处理  56
      2.2.2.2 基于静电力构筑PAH/PAA 和PAH/PSS 聚合物薄膜  56-57
      2.2.2.3 基于氢键构筑PVPON/PMAA 和PVP/PAA 聚合物薄膜  57
      2.2.2.4 聚合物薄膜的室温压印  57-58
    2.2.3 实验仪器  58
  第3节结果与讨论  58-64
    2.3.1 基于静电力构筑的聚合物薄膜的室温压印  58-61
      2.3.1.1 PAH/PAA 和PAH/PSS 聚合物薄膜的表征  58-59
      2.3.1.2 聚合物薄膜的室温压印  59-61
    2.3.2 基于氢键构筑的聚合物薄膜的室温压印  61-63
      2.3.2.1 PVPON/PMAA 和PVP/PAA 聚合物薄膜的表征  61-62
      2.3.2.2 聚合物薄膜的室温压印  62-63
    2.3.3 层状组装聚合物薄膜室温压印的可行性分析  63-64
  第4节本章小结  64-65
  参考文献  65-67
第三章利用聚合物模板对聚丙烯酸/聚丙烯胺聚合物薄膜进行室温压印  67-82
  第1节引言  67-68
  第2节实验部分  68-71
    3.2.1 实验材料  68-69
    3.2.2 实验方法  69-70
      3.2.2.1 聚丙烯酸/聚丙烯胺（PAA/PAH）薄膜的制备  69
      3.2.2.2 NOA 63 聚合物模板的制备  69-70
      3.2.2.3 PAA/PAH 聚合物薄膜的室温压印  70
    3.3.3 实验仪器  70-71
  第3节结果与讨论  71-79
    3.3.1 模板结构尺寸对压印图案的影响  72-75
    3.3.2 影响PAA/PAH 聚合物薄膜压印的各种因素  75-78
      3.3.2.1 薄膜含水量对压印的影响  75-76
      3.3.2.2 压力对压印结构的影响  76-77
      3.3.2.3 压印时间对压印结构的影响  77-78
    3.3.3 PAA/PAH 聚合物薄膜的两次压印  78-79
  第4节本章小结  79-80
  参考文献  80-82
第四章黏附型细胞在图案化聚合物薄膜表面的粘附和铺展行为  82-101
  第1节引言  82-84
  第2节实验部分  84-87
    4.2.1 实验材料  84
    4.2.2 实验方法  84-86
      4.2.2.1 聚丙烯酸/聚丙烯胺聚合物薄膜的图案化  84-85
      4.2.2.2 细胞实验中所需试剂  85
      4.2.2.3 细胞培养及传代  85-86
      4.2.2.4 细胞在图案化薄膜表面的粘附实验  86
    4.2.3 实验仪器  86-87
  第3节结果与讨论  87-99
    4.3.1 图案横向尺寸对细胞粘附和铺展形态的影响  87-93
      4.3.1.1 图案化薄膜的表征  87-89
      4.3.1.2 NIH/3T3 成纤维原细胞在图案化薄膜表面的粘附行为  89-91
      4.3.1.3 HeLa 宫颈癌上皮细胞在图案化薄膜表面的粘附行为  91-93
    4.3.2 图案纵向高度对细胞粘附和铺展形态的影响  93-96
      4.3.2.1 图案化薄膜的表征  93-95
      4.3.2.2 NIH/3T3 细胞对纵向高度不同的图案表面的响应  95-96
    4.3.3 图案尺寸对黏附型细胞粘附行为影响的综合评述  96-99
  第4节本章小结  99
  参考文献  99-101
作者简历  101-102
攻读博士学位期间发表的论文(含待发表)  102
攻读博士学位期间发表的会议论文  102-103
致谢  103-104
中文摘要  104-107
英文摘要  107-109

层状组装聚合物薄膜的室温压印

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