[發明專利]一種基于植物葉脈的仿生微流道系統精確成形方法

有效

• 申請號: 201210280490.6
• 申請日: 2012-08-08
• 公開（公告）號: CN102923639A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 賀健康;李滌塵;劉亞雄;邵金友;毛矛;連芩;靳忠民
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明涉及復雜微流道系統的仿生制造技術領域，具體涉及一種基于植物葉脈的仿生微流道系統精確成形方法。

背景技術

自然界許多生命體都富含復雜的微血管網絡如植物葉脈與動物血管網，從而在結構上保證了營養、水分、氧氣等物質在生命體內的有效傳輸，這對維持生命體的活性與功能至關重要。目前，通過模擬自然生命體內部的微血管網絡來構建人工功能構件如自愈合材料、復雜微流控器件及生物組織與器官支架等方面的研究已成為國際仿生制造領域的前沿與熱點。現有的微流體系統制造方法主要有光刻、軟壓印、激光刻蝕、直寫組裝等，但這些方法多需要昂貴的專用成形設備與熟練的操作技能。同時，由于自然微血管網絡的復雜性，現有的微流道系統制造方法多是通過模擬自然微血管結構的形狀與幾何參數重新設計或是對自然微血管結構進行工程簡化來實現的，這在一定程度上影響了所制備的微流道系統的結構性能。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于植物葉脈的仿生微流道系統的精確成形方法，具有在人工功能構件上簡單快速精確地制造出仿自然葉脈的復雜微流道系統的優點。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種基于植物葉脈的仿生微流道系統的精確成形方法，包括以下步驟：

1）分別制備質量分數為6%-8%的氫氧化鈉水溶液和4%-6%的碳酸氫鈉水溶液，將兩種溶液按照1:1的體積比均勻混合，摘取葉質堅硬、葉脈清晰的新鮮樹葉，將樹葉放入混合溶液中并加熱至沸騰，6-20分鐘后取出放入水中清洗，并用毛刷徹底剝離葉肉部分，壓平干燥后得到完整的葉脈結構，然后在葉脈結構表面濺射或涂覆一層厚度為50-500納米的第一金屬薄膜，得到葉脈掩膜，第一金屬薄膜包括鉻、銅、鉑或金；

2）將增粘劑添加在玻璃板或硅片表面，以1000轉/分鐘的速度旋涂10秒鐘，在90-100℃溫度下靜置10-30分鐘，然后將光刻膠以700轉/分鐘的速度均勻旋涂在增粘劑的表面，控制光刻膠的厚度為3-6微米，在95℃溫度下靜置5-10分鐘；

3）將葉脈掩膜放置在涂覆有光刻膠的玻璃片或硅片表面，置于平行紫外光下照射10-15秒鐘，然后將玻璃板或硅片浸泡在質量分數為0.5%的氫氧化鈉溶液顯影40-50秒鐘，取出后在95℃溫度下烘干15分鐘，在玻璃板或硅片上得到光刻膠葉脈結構；

4）在光刻膠葉脈結構表面濺射或涂覆一層厚度為100-250納米的第二金屬薄膜，浸泡在可溶解光刻膠的有機溶液中，隨著光刻膠在有機溶液中的溶解，使得葉脈結構表面的第二金屬薄膜從玻璃板或硅片上剝離，在玻璃板或硅片的非葉脈區域形成了金屬掩膜層，第二金屬薄膜包括鉻、銅、鉑或金；

5）對于具有金屬掩膜層的硅片，采用干法刻蝕的方法在硅片的非金屬掩膜區域刻蝕出深度為50-200微米的葉脈流道模具；而對于具有金屬掩膜層的玻璃片作為光掩膜，采用步驟3）的方法在光敏材料上制備出深度為50-400微米的葉脈流道模具；

6）采用C₄F₈氣體對步驟5）得到的葉脈流道模具表面進行低能處理5-10分鐘，再將液態硅橡膠單體與固化劑按照10：1的質量比均勻混合，然后填充在葉脈流道模具的表面，在真空環境下去除氣泡，然后置于60-95℃溫度下1-3小時使硅橡膠固化，冷卻后脫模得到具有葉脈結構的硅橡膠模具；

7）將硅橡膠模具的葉脈結構表面進行氧等離子體處理1分鐘，以提高其表面親水性，然后通過模具成形的方法在人工功能器件材料上制備復雜的葉脈微流道結構。

本發明基于植物葉脈提出了一種仿生微流道系統的精確成形方法。與其他制造方法相比，其優點在于可快速精確地在人工構件上成形出復雜的自然微血管網絡，為直接利用自然生命體優異結構性能提供了一種低成本的技術方法。自然界植物具有豐富的葉脈類型如分叉狀脈、掌狀網脈、羽狀網脈、平行脈等，葉脈直徑從毫米級逐漸過渡到微米級，基本上覆蓋了微流體系統所需的尺寸范圍，這種結構與尺度的多樣性為依據人工構件功能定制特定的微流道結構提供了廣闊的選擇空間。通過采用微制造技術將自然植物葉脈結構轉換為具有良好性能的硅橡膠模具，拓寬了其材料適用范圍，克服了直接利用自然植物葉脈做模具存在的結構易變形、易受損、不適宜于溫度較高場合等缺點，同時也為人工修飾自然葉脈結構性能提供了可能。

附圖說明

圖1為實施例1濺射有400納米金屬鉻薄膜的葉脈掩膜。

圖2為實施例1具有葉脈流道結構的硅片模具。

圖3為實施例1具有葉脈流道結構的硅橡膠模具。