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一种水凝胶微孔阵列形貌表征的方法
【专利摘要】一种水凝胶微孔阵列形貌表征的方法，首先选用的水凝胶材料为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，采用光掩模法和模板法两种方法制备含不同孔径和孔深的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列；然后制备扫描电化学显微镜探头再搭建扫描电化学显微镜检测系统；最后应用扫描电化学显微镜对水溶液中聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列形貌进行原位表征过程。本发明以水溶液中天然电对氧气为还原电对，应用扫描电化学显微镜技术对水溶液中的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列的形貌进行了原位表征，得到水凝胶微孔阵列表面的二维孔径和三维形貌信息，具有能在水溶液中对样品进行原位、可逆且无损表征并给出水凝胶材料三维形貌信息的优点。
【专利说明】一种水凝胶微孔阵列形貌表征的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水凝胶表征【技术领域】，特备涉及一种水凝胶微孔阵列形貌表征的方法。
【背景技术】
[0002]水凝胶微孔阵列是用于细胞培养的新型基板软材料，具有以下优点:(1)与细胞外基质类似的、高含水率的三维网络结构有利于细胞的增殖和铺展；(2)物理、化学性质易调控，可满足细胞培养的特殊要求；(3)透明度高，有利于在细胞培养过程中观察细胞。因此，水凝胶微孔阵列在细胞培养方面显示出较为广阔的应用前景，从而引起人们的广泛兴趣。
[0003]水凝胶微孔阵列的微孔形貌对在其中培养的细胞的行为产生直接影响，因此对含不同微孔形貌的水凝胶微孔阵列的表征是研究其在细胞培养中应用的重要步骤。表征水凝胶微孔阵列形貌的传统手段主要为光学显微镜(如相差显微镜和激光共聚焦显微镜)和电子显微镜(如扫描电子显微镜)。然而这些方法还存在一些缺陷，如相差显微镜虽能给出水凝胶微孔阵列的形貌和孔径等信息，但由于表征时水凝胶的水分会对光产生折射等作用，在水溶液环境中很难得到清晰的水凝胶微孔阵列的立体图像；激光共聚焦显微镜虽然可以较好地给出水凝胶微孔阵列的三维信息，但在表征前需要对水凝胶进行染色前处理，是一种不可逆的非原位表征手段；扫描电子显微镜虽然在三维表征和最小分辨率方面优于前两种表征手段，但表征水凝胶样品前，需对其进行冷冻、干燥、喷金等前处理，不仅对水凝胶样品产生破坏，并且得到的是干燥后的水凝胶微孔阵列的形貌，不能真实反映水溶液中水凝胶微孔阵列的自然形貌，也是一种有损伤且非原位的表征手段。因此，目前缺乏可在水溶液中对水凝胶微孔阵列的形貌进行原位、可逆表征的方法。
[0004]扫描电化学显微镜是一种以微米级电极为探针，通过记录电解质溶液中物质的氧化或还原电流得到基底物质的表面形貌和化学信息的新型电化学表征技术。它具有可在水溶液中原位、可逆且无损地表征样品，并且空间分辨率高和可提供样品三维信息的特点。基于扫描电化学显微镜的工作原理和以上优点，推测其在水凝胶微孔阵列表征方面的应用具有可行性，但是目前还未见相关报道。

【发明内容】

[0005]为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种水凝胶微孔阵列形貌表征的方法，选用扫描电化学显微镜技术对水溶液中的水凝胶微孔阵列的形貌进行原位表征，获得水溶液自然状态下水凝胶微孔阵列的二维孔径和三维形貌信息，从而开发出采用扫描电化学显微镜对水凝胶微孔阵列形貌进行原位、可逆、无损表征，并提供表面三维形貌信息，该方法也可为其他类新型生物软材料的形貌表征提供了新的方法和思路。
[0006]为实现以上目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]一种水凝胶微孔阵列形貌表征的方法，包括以下步骤:[0008]步骤一、水凝胶微孔阵列的制备:选用的水凝胶材料为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，采用光掩模法和模板法两种方法制备含不同孔径和孔深的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列；
[0009]步骤二、扫描电化学显微镜的准备实验:先制备扫描电化学显微镜探头再搭建扫描电化学显微镜检测系统；
[0010]步骤三、应用扫描电化学显微镜对水溶液中聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列形貌的原位表征过程。
[0011]所述的步骤一具体为:
[0012](I)配制水凝胶前聚体溶液:
[0013]称取0.5g水凝胶单体聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和25 μ L引发剂_2_羟基_2_甲基苯丙酮于离心管中，加入5mL去离子水混匀；
[0014](2)光掩模法制备水凝胶微孔阵列，其过程为:
[0015]取30 μ L配好的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯前聚体溶液滴加在培养皿上，前聚体液滴的两边加一片盖玻片作为垫片调节水凝胶微孔阵列的厚度及孔深，从下到上依次盖上盖玻片和光掩模，用功率为80mW cm_2的紫外交联仪在光照间距5cm、365nm的紫外光下照射水凝胶前聚体溶液25s，得到水凝胶微孔阵列样品；
[0016](3)将制备好的水凝胶微孔阵列样品在含0.1M KCl的水溶液中浸泡2小时以上使其中的含水量达到饱和，得到水饱和的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列；
[0017]光掩模法制备水凝胶微孔阵列可用模板法替代，模板法制备水凝胶微孔阵列过程为:
[0018]移取30 μ L配好的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯前聚体溶液滴加在模板上，盖上盖玻片，用功率为80mW cm-2的紫外交联仪在光照间距5cm、365nm的紫外光照射水凝胶前聚体溶液25s，得到水凝胶微孔阵列样品；
[0019]所述的步骤二、扫描电化学显微镜的准备实验具体过程如下:
[0020]( I)扫描电化学显微镜探头的制备过程:
[0021]应用热密封法制作直径ΙΟμπι的钼圆盘电极，将探头顶端分别用含不同粗糙度的金相砂纸打磨成圆锥形，并用光学显微镜表征探头尺寸，之后将该钼微电极在抛光布上分别用0.5 μ m和0.05 μ m三氧化二铝的抛光粉上打磨成光滑，用去离子水清洗探头表面，吹干备用，并用光学显微镜检查探头尖端钼丝的光洁度；
[0022](2)扫描电化学显微镜检测系统的搭建:
[0023]将步骤一最终制备所得的IcmX Icm的水饱和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列置于含0.1M KCl水溶液的扫描电化学显微镜的电化学池底部，将钼微工作电极经探头固定端口插入含0.1M KCl的水溶液中，并置于水凝胶微孔阵列样品的正上方，Ag/AgCl参比电极和钼丝对电极从电解池两侧的岔口插入水溶液中。之后,将钼微电极、参比电极和对电极分别连接在电化学工作站上，并将电化学工作站与计算机相连。
[0024]所述的步骤三、应用扫描电化学显微镜对水溶液中聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列形貌的原位表征过程具体为:
[0025](I)开启电化学工作站，在电化学工作站的技术选项中选择“渐进曲线”技术，设定钼微电极上的施加电位-0.7V和渐进速度2 μ m/s，然后开始探头到水凝胶表面的逼近实验，记录探头电流相对于探头-水凝胶表面距离变化的渐进曲线。实验中，探头记录的电流随着探头逼近水凝胶表面(即Z方向上探头到水凝胶表面距离的减小)而减小，呈现负反馈曲线，探头电流下降到一定值后不再发生变化，表明探头接触到水凝胶表面，这时停止渐进曲线实验，将此处探头位置设为探头到水凝胶表面的绝对零点，之后将探头在Z方向上上提 10 μ m ;
[0026](2)在电化学工作站的技术选项中选择“SECM”技术，并设定探头电位-0.7V，扫描速度250 μ m/s, X-Y方向的扫描面积1000 μ mX 1000 μ m。在保持探头在Z方向上位置不变的情况下采用恒高度模式(探头到水凝胶表面距离?10 μ m)对电化学池中由光掩模法制备的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列的表面进行X-Y方向的扫描，同时记录探头在水凝胶表面不同位置的电流值，由此间接得到水凝胶微孔阵列的表面形貌图；
[0027](3)在电化学工作站的技术选项中选择“SECM”技术，并设定探头电位-0.7V，扫描速度500 μ m/s, X-Y方向的扫描面积2000 μ mX 2000 μ m,在保持探头在Z方向上位置不变的情况下采用恒高度模式(探头到水凝胶表面距离?10 μ m)对电化学池中由模板法制备的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列的表面进行X-Y方向的扫描，同时记录探头在水凝胶表面不同位置的电流值，由此间接得到水凝胶微孔阵列的表面形貌图；
[0028](4)扫描电化学显微镜实验完毕，探头回到扫描起点位置后取出三个电极，关闭电化学工作站。
[0029]本发明的优点是:
[0030]一、本实验操作在扫描电化学显微镜上完成，能够在水溶液中对水凝胶微孔阵列的形貌进行原位表征，并且由于探头与水凝胶表面没有任何接触，可避免对水凝胶表面造成任何损伤。水凝胶微孔阵列样品表征后可继续用于细胞培养实验，此点克服了常规水凝胶微孔阵列形貌表征方法不可逆的缺点。
[0031]二、扫描电化学显微镜可达微米级的高空间分辨率，精密度也较高，可得到水凝胶微孔阵列表面的微观信息，而且通过扫描电化学显微镜自带软件，可将得到的二维形貌扫描图转化为三维形貌扫描图，从而可提供水凝胶微孔阵列表面形貌的三维信息。
[0032]三、本发明首次使用扫描电化学显微镜对作为新型细胞培养软性基板的水凝胶微孔阵列的表面形貌进行了微尺度的原位、无损表征，该方法也为其他类新型生物软材料的形貌表征提供了新的方法和思路。
[0033]本发明首次应用扫描电化学显微镜对水溶液中的水凝胶微孔阵列的形貌进行了原位扫描，同时得到水凝胶微孔阵列表面二维孔径和三维形貌信息。相比于常规的光学显微镜和电子显微镜的表征方法，本发明提出的扫描电化学显微镜表征方法具有能在水溶液中对样品进行原位、可逆且无损表征并给出三维形貌信息的优点。该方法为水凝胶材料的形貌表征提供了新的方法和思路。
【专利附图】

【附图说明】
[0034]图1为本发明应用扫描电化学显微镜表征聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列表面形貌的实验原理图。
[0035]图2为本发明应用光掩模法和模板法制备的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列表面形貌的相差显微镜正视图(图中标尺:400μπι)，其中图2 (a)为光掩模法制备所得，图2 (b)和图2 (c)为模板法制备所得。
[0036]图3为本发明应用光掩模法制备的含孔深140±2.5 μ m的不同孔径微孔的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列表面的扫描电化学显微镜二维扫描图和三维形貌图，其中图3(a) (b) (C)为扫描电化学显微镜二维扫描图，图3(d) (e) (f)为三维形貌图，图中标尺:200μπι，微孔直径依次为:图 3 (a) 400±3.5μπι，图 3 (b) 300±4.3μπι，图 3 (c)300±4.3μπι和 200±5.2μπι。
[0037]图4为本发明应用模板法制备的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列表面的扫描电化学显微镜(a，b) 二维扫描图和(c，d)三维形貌图，其中图4(a) (b)为扫描电化学显微镜二维扫描图，图4(c) (d)为三维形貌图，图中标尺:400μπι;图4 (a)微孔直径:800±2.8μπι，微孔深度:400±2.5μπι ;图4 (b)微孔直径:400±3.5 μ m，微孔深度:200±3.0um0
[0038]具体实施方法
[0039]下面结合附图和具体实施例对本发明作更详细地说明。
[0040]本实例所使用的仪器和试剂:
[0041]聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(相对分子量约为1000g/mol, Polysciences Inc.美国)，2_ 羟基 _2_ 甲基苯丙丽(分子量为 164.2g/mol, Tokyo Chemical Industry C0.,日本)，氯化钾(≥9 9.5%，Sigma-Aldrich，美国)，氢氧化钠(≥98.0%，国药集团，上海)，无水乙醇≥ 99.7%，致远化学试剂有限公司，天津)。聚碳酸酯光掩模(清溢光电股份有限公司，深圳)，聚二甲基硅氧烷模板(SYLGARD184，道康宁，美国)，盖玻片(江苏飞舟玻塑有限公司)。实验所用的水溶液全部由Mill1-Q Reference System (Millipore公司，美国)制备的超纯水配制。扫描电化学显微镜(CHI920C，上海辰华)，紫外交联仪(XLE-1000A/F，Spectroline,美国)，倒置相差显微镜(1X81，奥林巴斯，日本)。
[0042]一种水凝胶微孔阵列形貌表征的方法，包括以下步骤:
[0043]步骤一、水凝胶微孔阵列的制备:
[0044]本实施例选用的水凝胶材料为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，含不同孔径和孔深的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列的制备采用光掩模法和模板法两种方法。具体过程如下:
[0045]( I)配制水凝胶前聚体溶液:
[0046]称取0.5g水凝胶单体聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和25 μ L引发剂_2_羟基_2_甲基苯丙酮于离心管中，加入5mL去离子水混匀，得到质量分数为10%的PEGDMA和体积分数为0.5%的2-羟基-2-甲基苯丙酮溶液；
[0047](2)光掩模法制备水凝胶微孔阵列的过程:
[0048]取30 μ L配好的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯前聚体溶液滴加在培养皿上，前聚体液滴的两边加一片盖玻片作为垫片调节水凝胶微孔阵列的厚度及孔深。从下到上依次盖上盖玻片和光掩模，用功率为80mWcm_2的紫外交联仪在光照间距5cm、365nm的紫外光下照射水凝胶前聚体溶液25s，得到如图2(a)的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列。由图2(a)测得光掩模法制备的凝胶微孔阵列的微孔直径大小依次为400±2.5μπκ300 ±2.5 μ m和200 ±3.0ym,与光掩膜设计的理论孔径大小一致；通过微孔阵列的侧切观察得到其孔深大致为140±2.5 μ m,与水凝胶微孔阵列制备过程中使用150 μ m厚度的盖玻片作为垫片调节微孔深度的理论预期基本一致；
[0049]或者采用模板法制备水凝胶微孔阵列的过程:
[0050]移取30 μ L配好的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯前聚体溶液滴加在模板上，盖上盖玻片，用功率为80mW cm-2的紫外交联仪在光照间距5cm、365nm的紫外光照射水凝胶前聚体溶液25s后得到如图2(b)和2(c)的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列。由图2(b)和2(c)得到，模板法制备的水凝胶微孔阵列的微孔直径分别为800±2.5μπι (图
2(b))和400±2.5 μ m (图2 (c));通过微孔阵列的侧切观察得到两个微孔阵列的孔深大致为 400±2.5μπι和 200±3.0ym ;
[0051](3)将制备好的水凝胶微孔阵列样品在含0.1M KCl的水溶液中浸泡2小时之后，其中的含水量达到饱和。
[0052]步骤二、扫描电化学显微镜的准备实验，具体过程如下:
[0053]( I)扫描电化学显微镜探头的制备过程:
[0054]应用热密封法制作直径ΙΟμπι的钼圆盘电极，将探头顶端分别用含不同粗糙度的金相砂纸打磨成圆锥形，并用光学显微镜表征探头尺寸为RG(rg/a)=3?4。之后，将该钼微电极在抛光布上分别用0.5 μ m和0.05 μ m三氧化二铝的抛光粉上打磨成光滑，用去离子水清洗探头表面，吹干备用，并用光学显微镜观察探头尖端钼丝，得到干净光滑如镜面的钼圆盘表面；
[0055](2)扫描电化学显微镜检测系统的搭建:
[0056]将步骤一最终制备所得的IcmX Icm的饱和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列样品置于含0.1M KCl水溶液的扫描电化学显微镜的电化学池底部，将钼微工作电极经探头固定端口插入含0.1MKCl的水溶液中，并置于水凝胶微孔阵列样品的正上方，Ag/AgCl参比电极和钼丝对电极从电解池两侧的岔口插入水溶液中。如图1(c)所示。之后，将钼微电极、参比电极和对电极分别连接在电化学工作站上，并将电化学工作站与计算机相连。
[0057]步骤三、应用扫描电化学显微镜对水溶液中聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列形貌的原位表征过程:
[0058](I)开启电化学工作站，在电化学工作站的技术选项中选择“渐进曲线”技术，设定钼微电极上的施加电位-0.7V，该电位对应氧气在钼探头表面的还原电位。设定渐进速度2 μ m/s，然后开始进行探头到水凝胶表面的逼近实验，记录探头的电流相对探头-水凝胶表面距离变化的渐进曲线。本实验原理是基于水溶液中的氧气在探头表面的还原反应。当探头逼近水凝胶表面时，由于水凝胶表面对溶液中氧气扩散到探头表面的阻碍作用，探头上记录的氧气还原的电流值随着(Z方向上)探头到水凝胶表面距离的减小而减小，呈现负反馈曲线。探头电流下降到一定值后不再发生变化，表明探头接触到水凝胶表面，这时停止渐进曲线实验，将此处探头位置设为探头到水凝胶表面的绝对零点，之后将探头在Z方向上上提10 μ m，使得扫描起点处的探针-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶表面的距离为10 μ m ；
[0059](2)在电化学工作站的技术选项中选择“SECM”技术，并设定探头电位-0.7V，扫描速度250 μ m/s, X-Y方向的扫描面积1000 μ mX 1000 μ m。在保持探头在Z方向上位置不变的情况下采用恒高度模式(探头到水凝胶表面距离?10 μ m)对电化学池中由光掩模法制备的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列的表面进行X-Y方向的扫描，同时基于氧气在探头表面的还原反应记录探头在水凝胶表面不同位置的氧气还原的电流值。扫描得到的氧气还原电流在聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列表面的扫描电化学显微镜分布图像如图3。由图3(a-c)所示的X-Y 二维扫描图可得到清晰的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列表面的形貌图(电流较高的圆形部分对应微孔，周围电流较低的部分对应微孔周围的水凝胶表面)。由图可测得微孔的孔径依次约为400±3.5μπι，300±4.3μπι和200±5.2 μ m,这与光掩膜上设计的微孔直径以及相差显微镜的表征结果基本一致。由此证明扫描电化学显微镜在水溶液中原位表征水凝胶微孔阵列表面形貌的能力。另外，扫描电化学显微镜扫描还可提供聚乙二醇二甲基丙烯酸酯微孔阵列的三维形貌图(如图3(d_e))。相比二维图像，三维图像可提供微孔(如微孔的内部形貌)及微孔周围水凝胶表面的细节信息(如平整度)，由此证实扫描电化学显微镜在水凝胶微孔阵列形貌表征中可提供微孔三维信息的优点；
[0060](3)在电化学工作站的技术选项中选择“SECM”技术，并设定探头电位-0.7V，扫描速度500 μ m/s, X-Y方向的扫描面积2000 μ mX 2000 μ m。在保持探头在Z方向上位置不变的情况下采用恒高度模式(探头到水凝胶表面距离?10 μ m)对电化学池中由模板法制备的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列的表面进行X-Y方向的扫描，同时基于氧气在探头表面的还原反应记录探头在水凝胶表面不同位置的氧气还原的电流值。扫描得到的氧气还原电流在聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列表面的扫描电化学显微镜分布图像，结果如图4。由图4(a，b)可得到清晰的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列的表面形貌图(电流较高的部分对应微孔周围的水凝胶表面，电流较低的部分对应微孔)。这一现象与图3(a-c)的结果相反。造成这一现象的可能原因是氧气从微孔内水溶液中向扫描电化学显微镜探头表面的扩散与微孔深度有关，微孔越深，氧气从孔内到达探头表面的扩散距离越长，扩散所需的时间越多，因此不能立即补充探头表面由于还原所消耗的氧气，从而导致400 μ m和200 μ m两种孔深的微孔表面测得的氧气还原电流值较周围水凝胶表面低。由图4(a，b)可准确测得微孔直径分别为800±2.8μπι和400 ±3.5 μ m，该结果与相差显微镜的表征结果基本一致。此外，扫描电化学显微镜扫描也可提供模板法制备的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列表面的三维形貌图(图4 (c，d))；
[0061](4)扫描电化学显微镜实验完毕，探头回到扫描起点位置后取出三个电极，关闭电
化学工作站。
【权利要求】
1.一种水凝胶微孔阵列形貌表征的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、水凝胶微孔阵列的制备:选用的水凝胶材料为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，采用光掩模法和模板法两种方法制备含不同孔径和孔深的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列； 步骤二、扫描电化学显微镜的准备实验:先制备扫描电化学显微镜探头再搭建扫描电化学显微镜检测系统； 步骤三、应用扫描电化学显微镜对水溶液中聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列形貌的原位表征过程。
2.根据权利要求1所述的一种水凝胶微孔阵列形貌表征的方法，其特征在于，步骤一具体为: (1)配制水凝胶前聚体溶液: 称取0.5g水凝胶单体聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和25 μ L引发剂-2-羟基-2-甲基苯丙酮于离心管中，加入5mL去离子水混匀； (2)光掩模法制备水凝胶微孔阵列，其过程为: 取30 μ L配好的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯前聚体溶液滴加在培养皿上，前聚体液滴的两边加一片盖玻片作为垫片调节水凝胶微孔阵列的厚度及孔深，从下到上依次盖上盖玻片和光掩模，用功率为80mW cm_2的紫外交联仪在光照间距5cm、365nm的紫外光下照射水凝胶前聚体溶液25s，得到水凝胶微孔阵列样品； (3)将制备好的水凝胶微孔阵列样品在含0.1M KCl的水溶液中浸泡2小时以上使其中的含水量达到饱和，得到水饱和的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列。
3.根据权利要求1或2所述的一种水凝胶微孔阵列形貌表征的方法，其特征在于，光掩模法制备水凝胶微孔阵列采用模板法替代，模板法制备水凝胶微孔阵列过程为: 移取30 μ L配好的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯前聚体溶液滴加在模板上，盖上盖玻片，用功率为80mW cm_2的紫外交联仪在光照间距5cm、365nm的紫外光照射水凝胶前聚体溶液25s，水凝胶微孔阵列样品。
4.根据权利要求1所述的一种水凝胶微孔阵列形貌表征的方法，其特征在于，步骤二、扫描电化学显微镜的准备实验具体过程如下: (O扫描电化学显微镜探头的制备过程: 应用热密封法制作直径IOym的钼圆盘电极，将探头顶端分别用含不同粗糙度的金相砂纸打磨成圆锥形，并用光学显微镜表征探头尺寸，之后将该钼微电极在抛光布上分别用0.5 μ m和0.05 μ m三氧化二铝的抛光粉上打磨成光滑，用去离子水清洗探头表面，吹干备用，并用光学显微镜检查探头尖端钼丝的光洁度； (2)扫描电化学显微镜检测系统的搭建: 将步骤一最终制备所得的IcmXlcm的饱和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列置于含0.1M KCl水溶液的扫描电化学显微镜的电化学池底部，将钼微工作电极经探头固定端口插入含0.1M KCl的水溶液中，并置于水凝胶微孔阵列样品的正上方，Ag/AgCl参比电极和钼丝对电极从电解池两侧的岔口插入水溶液中，之后,将钼微电极、参比电极和对电极分别连接在电化学工作站上，并将电化学工作站与计算机相连。
5.根据权利要求1所述的一种水凝胶微孔阵列形貌表征的方法，其特征在于，步骤三、应用扫描电化学显微镜对水溶液中聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列形貌的原位表征过程具体为: (1) 开启电化学工作站，在电化学工作站的技术选项中选择“渐进曲线”技术，设定钼微电极上的施加电位-0.7V和渐进速度2 μ m/s，然后开始探头到水凝胶表面的逼近实验，记录探头电流相对于探头-水凝胶表面距离变化的渐进曲线，实验中，探头记录的电流随着探头逼近水凝胶表面(即Z方向上探头到水凝胶表面距离的减小)而减小，呈现负反馈曲线，探头电流下降到一定值后不再发生变化，表明探头接触到水凝胶表面，这时停止渐进曲线实验，将此处探头位置设为探头到水凝胶表面的绝对零点，之后将探头在Z方向上上提10 μ m ； (2)在电化学工作站的技术选项中选择“SECM”技术，并设定探头电位-0.7V，扫描速度250 μ m/s, X-Y方向的扫描面积1000 μ mX 1000 μ m。在保持探头在Z方向上位置不变的情况下采用恒高度模式(探头到水凝胶表面距离~10 μ m)对电化学池中由光掩模法制备的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列的表面进行X-Y方向的扫描，同时记录探头在水凝胶表面不同位置的电流值，由此间接得到水凝胶微孔阵列的表面形貌图； (3)在电化学工作站的技术选项中选择“SECM”技术，并设定探头电位-0.7V，扫描速度500 μ m/s, X-Y方向的扫描面积2000 μ mX 2000 μ m,在保持探头在Z方向上位置不变的情况下采用恒高度模式(探头到水凝胶表面距离~10 μ m)对电化学池中由模板法制备的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列的表面进行X-Y方向的扫描，同时记录探头在水凝胶表面不同位置的电流值，由此间接得到水凝胶微孔阵列的表面形貌图； (4)扫描电化学显微镜实验完毕，探头回到扫描起点位置后取出三个电极，关闭电化学工作站。
【文档编号】G01Q60/60GK103913601SQ201410114858
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】李菲, 陈咏梅, 徐峰, 高扬, 杜晓静 申请人:西安交通大学