可逆塑造Microwells偏振光照射

文摘

在过去的几年,stimuli-responsive高分子材料引起了极大的兴趣,由于其低成本和易用性的广大区域结构化结合的可能性,积极操纵它们的属性。在这项工作中,我们提出一个聚合模式soft-imprinted microwells含有偶氮苯分子。单个元素的形状可以控制模式的制造通过辐照后适当的偏振光。利用偶氮苯的光反应性化合物,我们将演示可能可逆调节井从最初的圆形的contraction-expansion非常狭窄的缝隙。我们也显示的初始形状可以恢复microconcavities翻转90°的极化。可能可逆控制单个元素的结构化表面的最终形态提供了机会工程师动态表面性质,从而为多个应用程序打开新的视角。

1。介绍

近年来,大面积的能力模式stimuli-responsive材料在微观和纳米打开了机会工程师表面结构和触发特殊的属性,如复杂的光学功能(1)或表面属性(2件轻松事交互)。在过去二十年中,微型和纳米尺度研究进展使得一些图形技术的发展,包括软光刻技术(3],nanoimprint光刻[4)、干涉光刻技术和先进光刻(照片5]。微纳米加工技术发现应用在很多领域,如光学和光子学(6,微流体7),甚至生物学(8]。

然而,尽管这些令人印象深刻的成就,大部分的传统模式技术导致的静态结构,装配后无法修改的特性。为了克服这种限制,Karageorgiev等人提出了利用azopolymers photoresponsivity的一个叫定向Photofluidization光刻技术(9- - - - - -11),尽管“photofluidization”一词是有争议等的基本机制的影响仍在辩论(12]。基于相同的方法,这里我们提出一个可逆的操纵预制azopolymeric结构由偏振光。

Azopolymers是众所周知的转导可见光刺激到一个机械改性由于环异构化引发的偶氮苯分子吸收光子(13]。环异构化的结果在一个机械改性的聚合物14),有时在一个有效的大规模移民15),允许结构聚合物表面通过直接照明(16]。当大规模移民发生平行偏振的入射辐射,预制微观结构可以anisotropically变形取决于光照条件(17,18]。在细节中,我们从microwells数组开始,表明microwells的形状可以通过暴露可控这部电影完全偏振光。如果使用线性偏振辐射,microwells的初始形状可以通过将极化恢复90°。这里介绍的技术代表了一种有价值的方法来优化prestructured表面的特性。

2。材料和方法

样品制备。azopolymer认为是azopolyelectrolyte(聚1 - [4 - (3-carboxy-4-hydroxyphenylazo) benzenesulfonamido] 1, 2-ethanediyl, sodiumsalt})命名为PAZO(分子量(Mw)≈369年33克/摩尔),由Sigma-Aldrich提供。PAZO掺杂聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA),导致混合物准备如下:PMMA粉(分子量(Mw)≈15000克/摩尔通过GPC®)是溶解在N, N-dimethylformamide 4 wt %的浓度。9个单位PAZO (Mw≈369年33克/摩尔),溶解在甲醇浓度25毫克/毫升,是一个单位的PMMA溶液混合,然后机械搅拌,用几分钟,直到黄色均匀混合形成。图1(一)显示了PMMA-PAZO化合物的吸收光谱获得,插图中,PAZO和PMMA的分子结构。我们测量了玻璃化转变温度()的高分子化合物通过差示扫描量热法(DSC、数据未显示),我们发现= 53.9°C相比PAZO没有PMMA的= 60.7°C。一个数量的15μl PAZO-PMMA spin-casted到玻璃衬底,以前在丙酮清洗,用异丙醇冲洗,用氮气流干。PDMS压模(10:1比预聚物和固化剂,由Sylgard®184,道康宁,治愈60°C 2小时)在乙醇中浸泡几分钟,然后轻轻按压PAZO-PMMA电影上玻璃。样本被放置在真空干燥器2小时来增强模式,让共混聚合物填补在PDMS模板。下一步,样品在烤箱烘干,直到溶剂完全蒸发之前(3小时60°C)的最终去除PDMS压模。SEM图像如图1 (b)显示数组的azopolymeric microwells大面积。井是圆的直径1μm安排的平方晶格周期性Λ= 3μm。原子力显微镜分析显示圆形井直径1μm安排的平方晶格周期性Λ= 3μ米,深度估计通过AFM分析,约550海里,如图1 (c)。

光学设置。光学设置用于这项工作是详细描述19]。短暂,我们采用脉冲激光(雷射时间宽度≈10 ps,波长490 nm,和平均强度≈50 mW)圆偏振。激光束是稍微集中在这样一种方式,样品表面上的光斑大小大约是20μm,因此导致功率密度为1.6千瓦/厘米²。我们指出了脉冲激光器已被采用,因为它可调频率,允许一个更好的匹配的吸收带PAZO(见图1(一))。由于异构化转变的慢热弛豫时间(通常在数百名女士(15])相比,脉冲激光的重复频率(80 MHz),它似乎是合理的近似连续波的脉冲辐射光。光束可以通过一个线性偏振器最终过滤放在一个旋转阶段获得线性偏振光沿任意方向。100 x目标(NA = 0.95)加上一个管透镜允许成像样品表面CMOS相机(Thorlabs DCC3240M)。在集合中,激光束由边缘滤波器过滤掉(从Thorlabs FEL550)成像的手臂。为了提取有用的参数,收集到的图像已经被设置一个合适的阈值和随后的关键分析采用一个ImageJ工具能够计算圆度和整体区域的毛孔。

3所示。结果与讨论

首先,我们想要调查的影响与线性偏振光照射azopolymeric微观结构。符合我们之前的实验结果(19从文献[]和结果20.,21),我们观察到聚合物的定向大规模移民沿着极化方向。定量分析,平均圆度参数是评估每一帧作为未成年人之间的比例()和长轴()平均超过20 microwells在单一领域的显微镜。最初,井近圆形,约0.9的平均圆度(图2(一个))。线性偏振辐射后,井变形为一个椭圆形(平均圆度降至0.3)。SEM图像如图2 (b),获得的记忆在辐照样品的方向,表明,椭圆的长轴是垂直的光的偏振方向,确认材料的光诱导的大规模移民发生沿电场方向。

为了显示变形的可逆性,我们用线性偏振光重复了这个实验。microwells,最初显示圆形(图3(一个)),变成几乎关闭了大约220秒后缝照射(图3 (b))。随后,我们把光的偏振旋转90°,我们观察一个圆形的逐步恢复(图3 (c))。图像分析表明,平均圆度达到大约200秒后的辐照。这种可逆的修改是有利地促进了一种改进的刚度的聚合物混合物由于稳定PMMA组件的存在,建议在其他含有偶氮苯共聚物矩阵(19- - - - - -22]。我们这里强调的作用PMMA为可逆性似乎是至关重要的,因为我们不能用纯PAZO结构恢复原始形状。

在图3 (d)我们策划的平均面积孔与辐照时间。图表显示,在辐照孔区域实际上是减少到一个完整的关闭漏洞获得(图中黑色虚线)。通过实验,我们发现偏振旋转90°触发microwells区域的经济复苏。这样的效果类似于光诱导的micropillar变形报道其他地方(17),但观察到现象背后的基本机制并非易事,需要进一步调查。

探索线性极化的影响后洞的形状,我们的目标是利用圆偏振光最终减少孔隙大小,直到完全关闭。图4显示了圆偏振光对microwells数组。图表表明,与圆偏振辐射不会影响圆度的微观结构保持不变的平均值为0.8左右。图中插图显示的光学图像序列microwells单独处理和辐照不同剂量(沿时间轴位置对应于辐照时间)。序列显示,虽然保留了圆度,减少井往往各向同性的大小,直到完全关闭。在圆偏振光的案例中,我们没有观察到任何相关可逆性偏手性光的偏振。

4所示。结论

提出的工作显示了利用定向photofluidization操纵的可能性制造后微观结构。从一个圆形microwells数组,我们采用线性偏振光改变成椭圆形状的井,最终进入狭窄的缝隙,这取决于光剂量。或者,可以减少microwells大小不改变圆度,直到一个几乎完全关闭。调优的形态学表面微观结构可能提供一个智能设计平台表面属性后可以根据需要设计制造(19,20.]。基于光致收缩和扩张的潜力重塑聚合物微观结构显示了令人兴奋的几个应用程序包括微流体和光刻技术,在过去的几年,正显示出其潜在的应用在生物学,细胞可以调节反应物质操纵行为。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感激地感谢瑟瑞娜里恰尔迪博士的技术支持和富有成果的讨论。

引用

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