[发明专利]一种激光应力辅助PDMS表面裂纹生长的方法及装置

说明书

本发明属于激光表面改性领域，公开了一种激光应力辅助PDMS表面裂纹生长的方法及装置。本发明利用激光直接辐射在PDMS表面，通过应力控制和激光的各参数(激光能量、脉冲重复频率以及焦平面等)控制使其表面改性或形成表面微裂纹，可以不同程度提升PDMS表面生物附着性；并且，通过工作平台的应力方向控制，可以在表面复杂的局部区域进行裂纹生长方向的控制，使图案化更细致；相比于现有技术，本发明提升加工质量且更具加工效率。

技术领域

本发明属于激光表面改性领域，特别涉及一种激光应力辅助PDMS表面裂纹生长的方法及装置。

背景技术

PDMS(聚二甲基硅氧烷)是一种特殊的聚合物，具有生物相容性、高光学透明度、透气性、机械柔韧性等特点，被广泛应用于光传导、医疗器械、微电子机械系统、微流控芯片以及气体传感器等。在用于制作微流控装置的所有高分子材料中，PDMS最受关注，相较于PC(聚碳酸酯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)在以下方面具有明显优势：(1)柔软且弹性好，容易从模板上取出而不会损坏自身和模板；(2)可以轻易通过低温聚合得到；(3)对于波长280nm以上的光都是透明的，适于光检测；(4)呈生物学惰性且无毒；(5)气体透过性好，利于向密闭体系中供氧进行细胞培养；(6)容易与其他材料密封。可即便如此，PDMS在细胞培养应用中还是受到一定的限制，未经改性处理的PDMS易于空气暴露的界面上浓缩，使得材料有一层疏水性很高的涂层，易非特异性吸附蛋白质或小疏水性分子，是一个高度疏水性材料。由于当前的细胞培养或者微流控装置中的功能要求对细胞黏附生长有需求，因而要对PDMS进行表面改性，才能更好的用于现代技术研究、应用中。

目前，激光图案化PDMS表面是改性的一种手段。激光图案化PDMS表面主要是基于激光的热膨胀，激光光束聚焦后，可以在材料表面很小范围的区域内发生作用，激光辐射后的PDMS(聚二甲基硅氧烷)区域会形成微裂纹，而这些微裂纹可以将蛋白质、细胞生长因子、酶及核酸等生物分子固定在特定材料的表面，为细胞附着生长提供了一个良好的环境。或激光辐射后的PDMS(聚二甲基硅氧烷)表面发生改性，能够提高生物附着性。

利用激光作用材料表面改性或形成表面微裂纹，在不影响非修饰区域表面结构或化学性质的情况下，简化PDMS表面改性步骤，大大提高制备效率，具有广泛的应用前景。

基本的技术原理为：激光器产生高能脉冲激光，且激光的能量和频率可调。激光经过光路系统中的反射镜由凸透镜进行聚焦至PDMS表面，使PDMS表面局部区域在激光辐射下带来的高能量和冲击力作用下，发生复杂的光热作用和光化作用，并瞬间汽化或迸溅，从而在相互作用的局部区域表面形成微裂纹，或者激光能量达到裂解PDMS(聚二甲基硅氧烷)化学键能，产生能促进细胞黏附的新官能团，提高表面生物附着性。激光作用PDMS(聚二甲基硅氧烷)表面提高生物附着性，可根据不同的脉冲能量、脉冲重叠率以及离焦量等激光工艺参数变量产生不同程度的变化。

随着当前的微流控芯片和各种便携式检测器械的发展，对微生物培养基有了更高的要求，上述的激光图案化PDMS表面技术在表面微裂纹的成型效果上有一定的限制，不能准确控制裂纹生长方向，且生长的长度有限，不利于大面积的加工。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种激光应力辅助PDMS表面裂纹生长的装置。

本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置进行激光应力辅助PDMS表面裂纹生长的方法。该方法是在应力辅助在激光作用下的材料表面改性或形成表面微裂纹，通过应力大小及方向辅助控制微裂纹的生长，在不影响非修饰区域表面结构或化学性质的情况下，精细化表面图案，简化PDMS表面改性步骤，大大提高制备效率。

本发明的目的通过下述技术方案实现：