[發明專利]一種具有表面圖案化的凝膠、制備方法和用途

在審

• 申請號: 202110252368.7
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN115043969A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 王樹濤;萬茜子;賈嵐欣;劉熹
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C08F120/56
• 分類號: C08F120/56;C08K3/34;C08F120/20;C08F220/06;C08F120/54;C08F120/18;C08F220/18;C08F222/38;C08F222/14;B41C1/14;B41K1/38
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 彭月

本發明涉及一種具有表面圖案化的凝膠的制備方法，所述方法包括如下步驟：(1)提供一個表面具有親水區域和疏水區域的圖案化基底；(2)向圖案化基底表面施加包含水凝膠預聚液和油凝膠預聚液的乳液，預聚液中的水凝膠單體和油凝膠單體在基底表面自組裝；(3)將所述乳液聚合完全并從所述基底剝離后，得到具有圖案化的凝膠。本發明通過一種簡單的浸潤轉移的方法實現凝膠表面的圖案化，制備過程簡單易行，不需要復雜的設備，可以同時實現從2D到3D，從微觀到宏觀的凝膠圖案的制備，制備得到的圖案清晰度和精度高。

技術領域

本發明屬于凝膠領域，具體涉及一種具有表面圖案化的凝膠、制備方法和用途、包含其的圖案轉印印章和使用方法，更進一步涉及一種利用固/液界面的親/疏水相互作用制備的表面圖案化凝膠、制備方法和用途、包含其的圖案轉印印章和使用方法。

背景技術

圖案化凝膠可用于對DNA、熒光分子的檢測、智能驅動、生物分子篩選、誘導細胞分化等，在實際生活中具有廣闊的應用前景，因此，圖案化凝膠的制備方法受到廣泛關注?，F有技術中有多種方法可實現對凝膠的圖案化，例如利用光刻法對一種光可降解的聚乙二醇基水凝膠實現圖案化，紫外光可以在時間和空間上調節該凝膠的理化性質，并在體相實現納米級的圖案化，但該方法對凝膠的種類有很高的要求，且無法實現表面圖案化。通過3D/4D打印方法可以實現對凝膠的圖案化，但是需要復雜的3D/4D打印設備，且所制備的圖案為體相圖案。軟刻蝕技術采用模板復形的方法，將凝膠預聚液灌注到具有特定結構的表面，在光聚合后，將固化后的凝膠從基底上剝離下來，即可復形得到具有特定圖案的結構，但該方法只可以復形得到具有凹凸結構的3D圖案，無法得到2D圖案，且圖案的精度有限。計算機輔助離子噴墨打印技術能夠在大尺寸水凝膠樣品的表面上直接打印批量的、非常復雜的圖案，但對凝膠的種類有限制，精度很低，只在亞微米級別。通過電子束刻蝕技術可以在硅表面構筑精細的含胺基的低聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯熱響應性聚合物圖案，但該方法同樣存在設備昂貴，耗時長，對凝膠種類要求高的問題。

因此，制備圖案化凝膠的現有技術普通存在以下問題：對凝膠的種類有很大的限制，設備昂貴，制備復雜；往往只能實現對凝膠的本體圖案化，很難實現對凝膠的表面圖案化；部分方法精度較低，無法同時實現2D和3D的圖案等。因此，本領域需要開發一種能夠解決上述問題的表面圖案化凝膠的制備方法。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種具有表面圖案化的凝膠的制備方法，所述方法包括如下步驟：

(1)提供一個表面具有親水區域和疏水區域的圖案化基底；

(2)向圖案化基底表面施加包含水凝膠預聚液和油凝膠預聚液的乳液，預聚液中的水凝膠單體和油凝膠單體在固液界面進行自組裝；

(3)將所述乳液聚合完全并從所述基底剝離后，得到具有圖案化的凝膠。

將乳液施加到表面具有親水區域和疏水區域的圖案化基底上后，由于固/液界面的親/疏水相互作用的誘導效應，乳液液滴會發生定向運動，親水單體會因為親水相互作用而向基底的親水區域運動，相反，疏水單體則會因為疏水相互作用而向基底的疏水區域運動，即乳液接觸親水區域的部分在凝膠化后成為親水水凝膠的表面區域，接觸疏水區域的部分凝膠化后成為疏水油凝膠的表面區域。因此，基底表面由于浸潤性差異形成的圖案可以被完美地轉移到凝膠表面，即可得到表面圖案化的凝膠。

本發明通過選擇包含水凝膠預聚液和油凝膠預聚液的乳液作為圖案化凝膠的前驅體，利用基底表面浸潤性的差異，通過親/疏水相互作用的誘導效應，實現乳液中的親水單體和疏水單體的定向遷移，并通過聚合成型，得到表面圖案化的凝膠。表面圖案化凝膠圖案的大小和維度由基底來決定，二維基底可以制備二維凝膠，三維基底可以制備三維立體凝膠；凝膠圖案大小可以從微觀(幾微米到幾百微米)到宏觀(從幾百微米到幾十厘米)。因此，通過一種簡單的制備方法，可以同時實現從2D到3D，從宏觀到微觀的凝膠圖案的制備，制備得到的圖案清晰度和精度高。