一种基于超浸润的微透镜阵列芯片及其制备方法和相关适配体传感器
技术领域
本发明属于功能材料
技术领域
，特别涉及一种基于超浸润的微透镜阵列芯片及其制备方法和相关适配体传感器。背景技术
随着科技水平的不断进步，人类在图像记录、医疗仪器、军事武器和天文观测方面对光学系统的要求愈来愈高，而传统透镜的单孔径光学系统因自身结构特点、衍射极限等因素影响，其体积、集成度和观测精确度等均受到一定的限制，而且传统透镜制作成本颇大，运输十分麻烦。在这种情况下，采用新的光学器件和加工方法乃大势所趋。
近年来，微透镜阵列芯片作为微光学技术中广泛使用的光学器件，因其体积小、集成度高、扫描线性好和成本低的特点，已广泛应用于复印机扫描、全息数据储存和光传感器等场合。然而，实现不同特性参数(即焦距以及焦斑大小、光能利用率等)的微透镜阵列的快速制备仍有一定的难度。因此，开发简单快捷的微透镜阵列芯片制备技术就显得十分重要。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种基于超浸润的微透镜阵列芯片的制备方法；该方法主要通过表面浸润性来调控预聚合液滴在表面的接触角和立体形貌，实现简单快捷制备光学参数可控的微透镜阵列芯片；制备工艺简便，成本低廉，结合3D打印微液滴技术，可实现简单快捷、定制化地制备光学参数可控的微透镜阵列芯片的制备。
本发明的再一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的基于超浸润的微透镜阵列芯片。
本发明的又一目的在于提供一种与上述的基于超浸润的微透镜阵列芯片相关的适配体传感器。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种基于超浸润的微透镜阵列芯片的制备方法，包括以下操作步骤：
在烧杯中加入聚酯丙烯酸，然后在持续搅拌下加入甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)和TPO引发剂，搅拌均匀后得到浆料；采用3D打印微液滴技术将浆料滴在基于超浸润技术制备的不同浸润表面；用紫外灯照射固化得到一系列的微透镜阵列芯片。
所述聚酯丙烯酸用量为3.05g，所述甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)用量为4.575g，所述TPO引发剂用量为聚酯丙烯酸质量的1wt％。
所述搅拌均匀的时间为3分钟。
所述滴在不同的表面的每一滴浆料的量为5μL。
所述基于超浸润技术制备的不同浸润表面分别为表面1、表面2、表面3或表面4；
所述表面1是将载玻片置于蜡烛火焰上方，沉积一层黑色烟灰，然后用气相沉积法在烟灰层表面沉积一层二氧化硅层，之后600℃烧结2小时，用气相沉积法修饰上1H,1H,2,2H-全氟辛基三氯硅烷；
所述表面2是用速度为5m/sd的砂轮从横向以及竖向分别打磨载玻片1分钟，在烧杯中加入60mL的邻二氯苯以及1mL的1H,1H,2,2H-全氟辛基三氯硅烷，然后把打磨过的载玻片放入其中，浸泡6小时；
所述表面3是在烧杯中加入60mL的邻二氯苯以及1mL的1H,1H,2,2H-全氟辛基三氯硅烷，然后把没有经过处理的玻璃片放入其中，浸泡6小时；
所述表面4是没有经过任何处理的载玻片。
所述紫外灯照射时间为60s。
一种由上述的制备方法制备得到的基于超浸润的微透镜阵列芯片。
一种与上述的基于超浸润的微透镜阵列芯片相关的适配体传感器，包括上夹片、PDMS胶体、载玻片、垫圈和下夹片，PDMS胶体安装于上夹片下方，垫圈安装于下夹片上方，PDMS胶体和垫圈夹着载玻片；上夹片和PDMS胶体为中空结构，PDMS胶体的下表面边缘凸起与垫圈匹配。
所述载玻片为25×76×1mm的普通全透明载玻片；垫圈为弹性垫圈；PDMS胶体是沉积成型制备而成。
在应用的时候，将基于超浸润技术制备的不同浸润表面放置到适配体传感器上，然后利用3D打印技术将浆料滴在载玻片上，最后使用光固化技术将浆料固化成形，从而制得不同光学参数、圆度的微透镜阵列芯片。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明将超浸润原理引入到微透镜制备技术，从而实现不同特性参数的微透镜快速有效制备，具有广阔的应用前景。
(2)本发明的制备工艺简便，成本低廉；相关的适配体传感器便于拆装，携带方便，且易维修和更换。
附图说明
图1为浆料滴在表面1并固化成形后的微透镜。
图2为浆料滴在表面2并固化成形后的微透镜。
图3为浆料滴在表面3并固化成形后的微透镜。
图4为浆料滴在表面4并固化成形后的微透镜。
图5为水和浆料在四种表面的接触角。
图6为适配体传感器装配图正视图，其中1为上夹片，2为PDMS胶体，3为垫圈，4为下夹片，5为载玻片。
图7为适配体传感器装配图俯视图。
图8为PDMS胶片沉积模具装配图正视图，其中2为PDMS胶体，6为阴模，7为阳模。
图9为PDMS胶片沉积模具装配图俯视图。
图10为微透镜阵列芯片示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)取3.05g聚酯丙烯酸加入烧杯中，然后在持续搅拌下加入4.575g的HEMA和0.3g的TPO引发剂；继续搅拌3分钟使其均匀，得到浆料；
(2)用移液枪从步骤(1)所得浆料中取5μL滴在表面1上，得到数个近似球状的液滴；(所述表面1是将载玻片置于蜡烛火焰上方，沉积一层黑色烟灰，然后用气相沉积法在烟灰层表面沉积一层二氧化硅层，之后600℃烧结2小时，用气相沉积法修饰上1H,1H,2,2H-全氟辛基三氯硅烷)
(3)用紫外灯照射60s，得到微透镜。
图1为浆料在表面1固化形成的微透镜。从图1中可知，得到的微透镜近似球状，透明度高，结合图5可知，水滴在表面1的接触角大于150°，说明表面1为超疏水表面，浆料在表面1的静态接触角达到120°，表面浸润形态则呈近似球状。
图10为基于超浸润的微透镜阵列芯片的示意图，是采用3D打印微液滴技术将上述步骤(1)所得浆料滴在表面1，用紫外灯照射60s固化得到球状微透镜阵列芯片。
实施例2
(1)取3.05g聚酯丙烯酸加入烧杯中，然后在持续搅拌下加入4.575g的HEMA和0.3g的TPO引发剂；搅拌3分钟使其均匀，得到浆料；
(2)用移液枪从步骤(1)所得浆料中取5μL滴在修饰有表面2的载玻片上，得到数个半球状的液滴；(所述表面2是用速度为5m/sd的砂轮从横向以及竖向分别打磨载玻片1分钟，在烧杯中加入60mL的邻二氯苯以及1mL的1H,1H,2,2H-全氟辛基三氯硅烷，然后把打磨过的载玻片放入其中，浸泡6小时)
(3)用紫外灯照射60s，得到微透镜。
图2为浆料在表面2固化形成的微透镜。从图2中可知，得到的微透镜为半球状，透明度高，结合图5可知，水滴在表面2的接触角大于120°，小于150°，说明表面2为疏水表面，浆料在表面2的静态接触角达到75°，表面浸润形态呈半球状。
图10为基于超浸润的微透镜阵列芯片的示意图，是采用3D打印微液滴技术将上述步骤(1)所得浆料滴在表面1，用紫外灯照射60s固化得到半球状微透镜阵列芯片。
与实施例1不同的在于：载玻片表面为表面2，其表面上的水珠的接触角大于120°，小于150°，属于疏水表面。制得的微透镜阵列呈半球状。
实施例3
(1)取3.05g聚酯丙烯酸加入烧杯中，然后在持续搅拌下加入4.575g的HEMA和0.3g的TPO引发剂；搅拌3分钟使其均匀，得到浆料；
(2)用移液枪从步骤(1)所得浆料中取5μL滴在修饰有表面3的载玻片上，得到数个半球状的液滴；(所述表面3是在烧杯中加入60mL的邻二氯苯以及1mL的1H,1H,2,2H-全氟辛基三氯硅烷，然后把没有经过处理的玻璃片放入其中，浸泡6小时)
(3)用紫外灯照射60s，得到微透镜。
图3为浆料在表面3固化形成的微透镜。从图3中可知，得到的微透镜呈半球状，透明度高，结合图5可知，水滴在表面1的接触角大于120°，小于150°，说明表面3为疏水表面，浆料在表面3的静态接触角达到70°，表面浸润形态则呈半球状。
图10为基于超浸润的微透镜阵列芯片的示意图，是采用3D打印微液滴技术将上述步骤(1)所得浆料滴在表面1，用紫外灯照射60s固化得到半球状微透镜阵列芯片。
与实施例1不同的在于：载玻片表面为表面3，其表面上的水珠的接触角大于120°，小于150°，属于疏水表面。制得的微透镜阵列呈半球状。
实施例4
(1)取3.05g聚酯丙烯酸加入烧杯中，然后在持续搅拌下加入4.575g的HEMA和0.3g的TPO引发剂；搅拌3分钟使其均匀，得到浆料；
(2)用移液枪从步骤(1)所得浆料中取5μL滴在表面4上(所述表面4是指没有经过任何处理的载玻片)，得到数个近似球状的液滴；
(3)用紫外灯照射60s，得到微透镜。
图4为浆料在表面4固化形成的微透镜。从图4中可知，得到的微透镜近似球状，透明度高，结合图5可知，水滴在表面1的接触角大于60°，小于90°，说明表面4为亲水表面，浆料在表面4的静态接触角接近20°，表面浸润形态则呈扁平饼状。
图10为基于超浸润的微透镜阵列芯片的示意图，是采用3D打印微液滴技术将上述步骤(1)所得浆料滴在表面1，用紫外灯照射60s固化得到扁平饼状微透镜阵列芯片。
与实施例1不同的在于：载玻片表面为表面4，其表面上的水珠的接触角大于60°，小于90°，属于亲水表面。制得的微透镜阵列呈扁平饼状。
实施例5
一种与上述实施例1、2、3或4所得基于超浸润的微透镜阵列芯片相关的适配体传感器，其装配图正视图如图6所示，俯视图如图7所示，包括上夹片1、PDMS胶体2、载玻片5、垫圈3和下夹片4，PDMS胶体安装于上夹片下方，垫圈安装于下夹片上方，PDMS胶体和垫圈夹着载玻片；上夹片和PDMS胶体为中空结构，PDMS胶体的下表面边缘凸起与垫圈匹配。所述载玻片为25×76×1mm的普通全透明载玻片；垫圈为弹性垫圈；PDMS胶体是沉积成型制备而成(PDMS胶片沉积模具装配图正视图如图8所示，俯视图如图9所示，其中2为PDMS胶体，6为阴模，7为阳模，阳模和阴模的配合方式是间隙配合)。
在应用的时候，将基于超浸润技术制备的不同浸润表面放置到适配体传感器上，然后利用3D打印技术将浆料滴在载玻片上，最后使用光固化技术将浆料固化成形，从而制得不同光学参数、圆度的微透镜阵列芯片。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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