CN113365795A - 可溶性模板和其制造方法 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种模板，所述模板包括可溶性聚合物，所述可溶性聚合物具有安置在其上的纹理，其中所述纹理包括图案，所述图案包括第一多个间隔开的特征，所述间隔开的特征布置成多个组，某一组内的所述间隔开的特征以约1纳米到约500微米的平均距离间隔开，每个特征都具有与相邻特征上的表面基本上平行的表面，每个特征都与其相邻特征分离，并且其中所述特征组相对于彼此布置以便限定曲折路径，其中所述模板呈最大厚度为1.5毫米并且最小厚度不大于所述最大厚度的40％的自支撑膜的形式，其中经纹理化表面的表面积至少大于10cm²。

Description

可溶性模板和其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年11月29日提交的美国申请第62/772857号的权益，所述美国申请通过引用整体并入本文。

背景技术

本公开涉及可溶性模板并且涉及所述可溶性模板的制造方法。

为了控制生物粘附，对与经纹理化表面接触的流体进行流动控制并且实现各种其它目的，已经开发了表面纹理化。图1描绘了可以用于控制生物粘附并且进行流动控制的表面纹理100。所述纹理包括被布置成具有边缘130的多个特征111，所述边缘在至少一个方向上彼此平行。如图1中可以看到的，所述特征被布置成跨经纹理化表面重复的图案(被虚线环绕)102。

图2和3描绘了含有重复图案的另一种经纹理化表面100，其中所述图案中的一些图案与其它图案中的一些图案相比被朝向成处于不同角度。在图2中，4个象限(分别为1、2、3和4)中的图案相对于彼此被朝向成处于不同方向上。轴线AA'指示第一象限中的图案的朝向轴线，而图案BB'指示相邻象限中的图案的朝向。从图2可以看出，轴线AA'被朝向成与轴线BB'正交。因此，象限1和3中的图案被朝向成与象限2和4中的图案成直角。因为流体要通过所述图案而必须流过的曲折路径的长度大大增加，所以将图案的这种朝向用于控制表面上特定方向上的流体流动。通过将图案朝向成处于相互垂直的方向上，一个方向上的流体流动会被相邻象限中的图案阻碍，因而使跨图案的流体流动最小化。

图3也示出了包括相对于彼此朝向的多个图案的经纹理化表面100。在图3中，图案中的特征有三个不同朝向，分别是P、M和N。这些朝向分别沿着轴线AA'、XX'和YY'。可以有利地使用沿轴线AA'、XX'和YY'所看到的长程序通过改变沿这些轴线的图案朝向来控制和引导流体的流动。

图4A-4D也描绘了可以用于控制生物粘附和实现流动控制的各种结构。制造图1、2、3和4A-4D中描绘的经纹理化表面成本很高，因为其经常涉及到使用昂贵且沉重的注射成型设备。需要制造(含有纹理的)特殊模具以供注射成型设备中使用。模具大小的局限性限制了制品的可以在单个制造操作中纹理化的表面积。此外，制造可以对制品的复杂且难以触及的部件进行纹理化的模具具有一定困难性。由于注射成型设备和与之一起使用的模具很重且难以制造，因此期望找到更轻且更便宜的对表面进行纹理化的方式。还期望开发可以输送到任何位置并且可以在所述位置处用于对期望的表面进行纹理化的制造模板。

发明内容

本文公开了一种模板，所述模板包括可溶性聚合物，所述可溶性聚合物具有安置在其上的纹理，其中所述纹理包括图案，所述图案包括第一多个间隔开的特征，所述间隔开的特征布置成多个组，某一组内的所述间隔开的特征以约1纳米到约500微米的平均距离间隔开，每个特征都具有与相邻特征上的表面基本上平行的表面，每个特征都与其相邻特征分离，并且其中所述特征组相对于彼此布置以便限定曲折路径，其中所述模板呈最大厚度为1.5毫米并且最小厚度不大于所述最大厚度的40％的自支撑膜的形式，其中经纹理化表面的表面积至少大于10cm²。

本文还公开了一种方法，所述方法包括：在两个压板之间安置可溶性聚合物，其中所述压板之一具有纹理；使所述可溶性聚合物在23℃到300℃的温度以及5磅/平方英寸到150磅/平方英寸的压力下与具有所述纹理的所述压板接触；在所述可溶性聚合物上形成所述纹理的镜像；以及使用所述可溶性聚合物作为模板以对另一个表面进行纹理化，其中所述模板是自支撑膜，其中所述纹理包括图案，所述图案包括第一多个间隔开的特征，所述间隔开的特征布置成多个组，某一组内的所述间隔开的特征以约1纳米到约500微米的平均距离间隔开，每个特征都具有与相邻特征上的表面基本上平行的表面，每个特征都与其相邻特征分离，并且其中所述特征组相对于彼此布置以便限定曲折路径，其中所述模板呈最大厚度为1.5毫米并且最小厚度不大于所述最大厚度的40％的自支撑膜的形式，其中经纹理化表面的表面积至少大于10cm²。

附图说明

图1描绘了经纹理化表面上的图案，所述图案中的特征以重复的方式跨表面布置；

图2描绘了含有重复图案的另一种经纹理化表面，其中所述图案中的一些图案与其它图案中的一些图案相比被朝向成处于不同角度；

图3描绘了含有重复图案的另一种经纹理化表面，其中所述图案中的一些图案与其它图案中的一些图案相比被朝向成处于不同角度；

图4A描绘了表面上可以用于控制生物粘附的特征的一种布置；

图4B描绘了表面上可以用于控制生物粘附的特征的另一种布置；

图4C描绘了表面上可以用于控制生物粘附的特征的另一种布置；

图4D描绘了表面上可以用于控制生物粘附的特征的另一种布置；

图5描绘了形成图4A中示出的纹理的基本重复单元。

具体实施方式

本文公开了一种用于对制品的表面进行纹理化的模板。所述模板是柔性且可溶的自支撑膜并且含有图案，所述图案是所述图案的要安置在期望表面上的镜像。自支撑膜的一个表面或两个相对表面可以含有用于对期望表面进行纹理化的图案。模板压在要进行纹理化的表面上。在对表面进行纹理化后，通过溶解去除模板，从而留下经纹理化表面。模板的可溶性允许在对表面进行纹理化后将模板溶解并且从经图案化表面洗掉。因此，模板是一次性模板。还可以使模板降解和溶解，以便将其从经纹理化表面去除。

模板是优选地由易溶于溶剂的材料制造的自支撑膜。自支撑膜是未支撑在基材上并且可以独立输送以便在其制造地点以外的位置使用的膜。溶剂可以是有机溶剂(即，非水性溶剂)或水性溶剂并且可以用于溶解模板或在完成纹理化后洗掉模板。模板优选地包括分子量使其在室温下可溶于液体溶剂的有机聚合物。

用于制造模板的有机聚合物可以包括热塑性聚合物、热塑性聚合物的共混物、热固性聚合物、热固性聚合物的共混物或热塑性聚合物与热固性聚合物的共混物。所述有机聚合物还可以是聚合物的共混物、共聚物、三元共聚物或包括前述有机聚合物中的至少一种有机聚合物的组合。所述有机聚合物还可以是低聚物、均聚物、共聚物、嵌段共聚物、交替嵌段共聚物、无规聚合物、无规共聚物、无规嵌段共聚物、接枝共聚物、星形嵌段共聚物、树状物、聚电解质(具有含有电解质的一些重复基团的聚合物)、聚两性电解质(具有阳离子重复基团和阴离子重复基团两者的聚电解质)、离聚物等或包括前述有机聚合物中的至少一种有机聚合物的组合。所述有机聚合物的数均分子量大于10,000克/摩尔，优选地大于20,000克/摩尔并且更优选地大于50,000克/摩尔。

用作模板的优选聚合物是线性热塑性聚合物或无定形的轻度交联聚合物。聚合物可以与水相容或可以不与水相容。聚合物在室温下在有效溶剂中的溶解速率优选地为0.5克/分钟到10克/分钟。

可以在模板中使用的热塑性聚合物的实例包含聚缩醛、聚丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚醇酸树脂、聚苯乙烯、聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚芳族聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚氨酯、环氧树脂、酚类化合物、硅树脂、聚芳砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯并噁唑、聚噁二唑、聚苯并噻嗪苯酚噻嗪、聚苯并噻唑、聚吡嗪喹喔啉、均苯型聚酰亚胺、聚喹喔啉、聚苯并咪唑、聚羟吲哚、聚氧代异吲哚啉、聚二氧代异吲哚啉、聚三嗪、聚哒嗪、聚哌嗪、聚吡啶、聚哌啶、聚三唑、聚吡唑、聚碳硼烷、聚氧杂二环壬烷、聚二苯并呋喃、聚四氯苯酞、聚缩醛、聚酸酐、聚乙烯醚、聚乙烯硫醚、聚乙烯醇、聚乙烯酮、聚乙烯卤化物、聚乙烯腈、聚乙烯酯、聚磺酸酯、聚硫化物、聚硫酯、聚砜、聚磺酰胺、聚脲、聚磷腈、聚硅氮烷、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氟乙烯、聚硅氧烷、聚六甲基纤维素、聚六乙基纤维素、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰胺-胺等或其组合。

适于在模板中使用的聚电解质的实例包含聚苯乙烯磺酸、聚丙烯酸、果胶、卡拉胶、藻酸盐、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮等或其组合。

适于在模板中使用的热固性聚合物的实例包含环氧聚合物、不饱和聚酯聚合物、聚酰亚胺聚合物、双马来酰亚胺聚合物、双马来酰亚胺三嗪聚合物、氰酸酯聚合物、乙烯基聚合物、苯并噁嗪聚合物、苯并环丁烯聚合物、丙烯酸树脂、醇酸树脂、苯酚-甲醛聚合物、酚醛树脂、甲阶酚醛树脂、三聚氰胺-甲醛聚合物、脲-甲醛聚合物、羟甲基呋喃、异氰酸酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、不饱和聚酯酰亚胺等或其组合。

热塑性聚合物的共混物的实例包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/尼龙、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯/聚氯乙烯、聚苯醚/聚苯乙烯、聚苯醚/尼龙、聚砜/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯/热塑性尿烷、聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯、热塑性弹性体合金、尼龙/弹性体、聚酯/弹性体、聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯、缩醛/弹性体、苯乙烯-马来酸酐/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚醚醚酮/聚醚砜、聚醚醚酮/聚醚酰亚胺聚乙烯/尼龙、聚乙烯/聚缩醛等。

可以在模板中使用的聚合物还包含生物降解性材料。生物降解性聚合物的合适实例为聚乳酸-乙醇酸(PLGA)、聚己内酯(PCL)、聚乳酸-乙醇酸与聚己内酯的共聚物(PCL-PLGA共聚物)、聚羟基-丁酸酯-戊酸酯(PHBV)、聚原酸酯(POE)、聚环氧乙烷-对苯二甲酸丁二醇酯(PEO-PBTP)、聚-D,L-乳酸-对-二噁烷酮-聚乙二醇嵌段共聚物(PLA-DX-PEG)等或其组合。

优选聚合物是可以溶于水或包括水的溶剂的聚合物。示例性水溶性聚合物是聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚六甲基纤维素、聚六乙基纤维素、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰胺-胺、聚乙二醇或其组合。还可以使用前述水溶性聚合物的共聚物。当使用水溶性共聚物时，与水溶性聚合物共聚的另一种聚合物不必具有水溶性。然而，期望共聚物可溶于水，即使其一部分不溶于水。

用作模板的优选聚合物是线性热塑性聚合物。线性热塑性聚合物的合适实例是聚乙烯醇。

模板可以含有各种添加剂。添加剂包含增强填料、抗臭氧剂、抗氧化剂、脱模剂、防结块剂、防滑剂、导电填料等或其组合。

期望模板具有柔性，以便可以容易地输送模板。在一实施例中，可以将模板卷到中心轴上并进行输送以供其它地方使用。模板的厚度“t”为10纳米到0.5毫米，优选地100纳米到1毫米，并且优选地200纳米到0.5毫米。在优选实施例中，模板的厚度可以是0.02毫米到0.25毫米。

模板是使用压印技术或铸造工艺进行纹理化的。在压印技术中，在压板的第一表面上安置(用于制造模板的)熔融聚合物。然后，将相对的经纹理化的第二表面压在所述熔融聚合物上。将纹理转移到聚合物上。冷却后，将聚合物从压板中取出，并使用所述聚合物将其上含有的纹理赋予到另一个聚合物表面上。在一实施例中，可以在单个操作中对模板的相对表面两者进行纹理化。这是通过将熔融聚合物压在压板的两个均被纹理化的相对表面之间来实现的。

在一实施例中，模板的相对表面可以含有同一纹理。在另一个实施例中，模板的相对表面可以含有不同纹理。可以旋转模板的一个表面上的纹理以使其相对于模板的相对表面上的纹理以不同角度倾斜。

在涉及热压印的又另一个实施例中，在压板的第一表面上安置要用作模板的膜。膜处于低于其熔点的温度下。然后，上面安置有期望纹理的第二表面在压力下接触所述膜。第二表面可以处于高温下。第一表面也可以保持处于高温下。第一表面的高温可以与第二表面的高温相同或者可替代地可以不同。在与经纹理化的第二表面接触时，膜被压印并且现在含有压板的第二表面上含有的纹理的镜像。然后，可以将模板用于将其上含有的纹理赋予到其它表面上。此方法还可以用于对模板的相对的表面进行纹理化。

第二模板对位于第一模板上的膜施加的压力为5磅/平方英寸到150磅/平方英寸，优选地10磅/平方英寸到100磅/平方英寸，并且更优选地15磅/平方英寸到80磅/平方英寸。优选的温度为室温(23℃)到300℃，优选地40℃到150℃，并且更优选地50℃到125℃。

在另一个实施例中，纹理是通过铸造来制造的。在铸造过程中，在具有所需纹理的表面上安置含有溶剂和用于制造模板的聚合物的溶液。加热经纹理化表面以蒸发溶剂并且促进聚合物的固化。可以使用真空来辅助聚合物的固化。经固化聚合物现在含有经纹理化表面的镜像并且可以用作模板。

应当注意，所述两个压板可以是辊轧机中的辊。一个辊充当第一压板，而相对辊充当第二压板。所述辊中的一者或两者可以是经过纹理化的。当辊接触可溶性聚合物时，可以对可溶性聚合物的一个或多个表面进行纹理化。

下文进一步详细说明了模板以及赋予到模板上的纹理。图5描绘了形成图4A中示出的纹理的基本重复单元。图5用于详细说明模板并且仅表示可以通过模板转移的纹理的一个实施例。还可以以本文所描述的方式使用含有其它纹理设计的其它模板。图5描绘了模板的侧视图和模板的截面LL'的横截面视图。

基本重复单元包括多个细长的间隔开的特征，所述特征彼此平行，但当如在图4A或图5中看到的那样对齐时，当在第一方向上观看时，所述特征限定正弦路径。当在第一方向上观看时，(模板中的)路径还可以由样条函数表示。在一个实施例中，当在第二方向上观看时，特征之间的路径可以是非线性且非正弦的。换句话说，所述路径可以是非线性且非周期性的。在另一个实施例中，特征之间的路径可以是线性的，但是具有不同厚度。所述多个间隔开的特征可以从某一表面向外凸出或凸入所述表面中。图5中的特征凸入模板的表面中。

在一个实施例中，所述多个间隔开的特征可以与表面具有同一化学组成。在另一个实施例中，所述多个间隔开的特征可以与表面具有不同的化学组成。换句话说，可以将所述特征结合到模板的表面以调节(使用模板制造的)经纹理化表面上的特征的表面能。在另一个实施例中，模板的特征和表面可以是整体的(即，所述特征和表面形成一个完整的制品)。

在一个实施例中，表面纹理包括多个相同的图案；每个图案由附接到或凸入第一表面的多个间隔开的特征限定，其中至少一个间隔开的特征的尺寸“d”为约1纳米到约1毫米，优选地5纳米到500微米，并且更优选地100纳米到50微米。

在另一个实施例中，间隔开的特征之间的平均周期性可以为约1纳米到约500微米。在一个实施例中，间隔开的特征之间的周期性可以为约2、5、10、20、50、100或200纳米。在另一个实施例中，间隔开的特征之间的平均周期性可以为约2、5、10、20、50、100或200纳米。在另一个实施例中，所述周期性可以为约0.1、0.2、0.5、1、5、10、20、50、100、200、300、400或450微米。在又另一个实施例中，所述平均周期性可以为约0.1、0.2、0.5、1、5、10、20、50、100、200、300、400或450微米。

在一个实施例中，间隔开的特征的尺寸可以为1纳米到500微米，具体地约10纳米到约200微米，并且更具体地约50纳米到约100微米。

在另一个实施例中，每个图案具有大小或形状不同的至少一个或多个相邻图案。换句话说，第一图案可以具有第二相邻图案，所述第二相邻图案在与第一图案包括相同特征的同时可以与第一图案具有不同形状。在又另一个实施例中，每个图案都具有大小或形状不同的至少两个或更多个相邻图案。在又另一个实施例中，每个图案都具有大小或形状不同的至少三个或更多个相邻图案。在又另一个实施例中，每个图案都具有大小或形状不同的至少四个或更多个相邻图案。

在一个实施例中，图案的每个特征都具有几何形状(例如，大小或形状)不同的至少一个相邻特征。图案的特征是单个要素。图案的每个特征都具有几何形状不同于所述特征的至少2个、3个、4个、5个或6个相邻特征。在一个实施例中，至少2个或更多特征形成图案。在另一个实施例中，至少3个或更多特征形成图案。在又一个实施例中，至少4个或更多特征形成图案。在又一个实施例中，至少5个或更多特征形成图案。

在另一个实施例中，图案的至少两个相同特征具有几何形状(例如，大小或形状)不同的至少一个相邻特征。图案的特征是单个要素。在一个实施例中，图案的两个相同特征具有几何形状不同于所述相同特征的至少2个、3个、4个、5个或6个相邻特征。在另一个实施例中，图案的三个相同特征具有几何形状不同于所述相同特征的至少2个、3个、4个、5个或6个相邻特征。

在一实施例中，图案中的所述多个间隔开的特征(其可以均匀地或不均匀地间隔开)的总长度“L”为1微米到60微米，优选地10微米到50微米，并且更优选地15微米到40微米。

在一个实施例中，模板的总厚度“t”为10纳米到1.5毫米，优选地100纳米到1.0毫米，并且更优选地200纳米到0.5毫米。厚度t'表示模板的最薄部分并且提供了可以将模板从已使用模板进行纹理化的表面上洗掉的难易程度的度量。在图5中，厚度t'是模板的厚度减去特征从基础表面的凸出的深度。较薄的模板是柔性的并且因此可以用于对旋绕的表面(convoluted surface)进行纹理化。

厚度t'(其可以被称为部分厚度)小于厚度t并且通常不超过总厚度t的80％的最大值。在一个实施例中，厚度t'通常不超过总厚度t的60％的最大值。在又另一个实施例中，厚度t'通常不超过总厚度t的40％的最大值。模板的厚度t'为4纳米到0.6毫米，优选地40纳米到0.4毫米，并且更优选80纳米到0.2毫米。

可以通过命名法详细说明模板上的纹理。所述命名法由下式(1)表示：

-A₁SKA₂xA₃ (1)

其中A₁之前的记号指示纹理是从模板的基础表面凸出还是凸入模板的基础表面中。正号(+)表明纹理从基础表面凸出，而负号(-)表明纹理凸入基础表面中。项A₁表示纹理在基础表面之上或之下以微米计的高度或深度，而A₂表示图案中的每个特征的以微米计的宽度，而A₃表示图案中的特征之间以微米计的间距。项SK表示在授权给Brennan等人的US7143709 B2和授权给Brennan等人的序列号为12/550,870的专利申请中描绘和描述的

图案纹理。

图案纹理是图4A和5中示出的纹理。

所述命名法的数值实例如下。命名法(例如，+1.7SK2x2)应解释如下：+1.7指示纹理在基础表面之上以微米计的高度，而SK是指授权给Brennan等人的US 7143709 B2和授权给Brennan等人的序列号为12/550,870的专利申请中所描绘和描述的Sharklet图案。1.7之前的负号(-)表明纹理位于基础表面之下(凸入基础表面中)。SK2x2中的第一个2代表图案中的每个特征的宽度(以微米计)，而第二个2代表图案中的特征之间的间距(以微米计)。

模板的总表面积(长度x宽度)大于10平方厘米(cm²)，优选地大于20cm²，优选地大于100cm²，更优选大于1平方米(m²)，更优选大于10m²，并且更优选大于100m²。模板的大部分可以卷到轴上并进行输送以供其它地方使用。

在一个实施例中，所述多个间隔开的特征与表面具有类似的化学组成。在另一个实施例中，所述多个间隔开的特征的化学组成不同于表面的组成。所述多个间隔开的特征以涂层的形式施涂到表面上。制品上的图案的工程粗糙度指数(engineered roughnessindex，ERI)为约2到约30，优选地5到25。在下面的等式(1)中示出了工程粗糙度指数。

ERI＝r x d_f/f_d (1)

其中r是Wenzel粗糙度，d_f是自由度，并且f_d是凹陷面积分数(depressed areafraction)。自由度是孢子或细菌沿给定通道行进的情况下可以行进的路径的数量。ERI在授权给Brennan等人的美国专利第7,650,848号中定义，所述专利的全部内容特此通过引用并入。

(模板上的)所述多个特征各自具有尺寸或几何形状显著不同的至少一个相邻特征，其中每个图案都具有与相邻图案的特征相同的至少一个特征并且与所述相邻图案共享所述特征。在第一表面和/或第二表面(其与第一表面相对并且与其接触)的至少一部分中，相邻的间隔开的特征之间的平均间隔为约1纳米到约1毫米。由于图案中的特征彼此等距，所以所述多个间隔开的特征由周期函数表示。应当注意，没有大小彼此相同的两个单独的相邻特征。

如上所述，模板中的图案通过曲折路径与相邻图案分离。曲折路径可以由周期函数表示。对于每条曲折路径，周期函数可以不同。在一个实施例中，图案可以通过可以由两个或更多个周期函数表示的曲折路径彼此分离。周期函数可以包括正弦波。在一示例性实施例中，周期函数可以包括两个或更多个正弦波。

在另一个实施例中，当多条不同的曲折路径分别由多个周期函数表示时，相应的周期函数可以由固定的相位差分离。在又另一个实施例中，当多条不同的曲折路径分别由多个周期函数表示时，相应的周期函数可以由可变的相位差分离。

在一个实施例中，所述多个间隔开的特征具有基本上平坦的顶表面。在另一个实施例中，可以在表面的一部分上安置多要素平台层(multi-element plateau layer)，其中所述平台层的要素之间的间隔距离提供第二特征间隔；与第一特征间隔相比，第二特征间隔显著不同。

在一个实施例中，两个相邻组共享的特征的数量的总和等于奇数。在另一个实施例中，两个相邻组共享的特征的数量的总和等于偶数。

从图4A和5中可以看出，曲折路径基本上存在于由此类特征构成的多个组之间。特征组还被称为图案。所述图案还可以被视为重复单元，因为所述图案跨模板的表面重复其自身。从图4A中可以看出，偶然的特征可能位于以其它方式曲折的路径中。在一个实施例中，曲折路径的切线将总是与图案的单个分离的特征相交。在一个实施例中，曲折路径的切线与间隔开的特征之间的相交频率是周期性的。在另一个实施例中，曲折路径的切线与间隔开的特征之间的相交频率是非周期性的。在另一个实施例中，曲折路径的切线与共享特征之间的相交频率是周期性的。在另一个实施例中，曲折路径的切线与共享的间隔开的特征之间的相交频率是非周期性的。

通常期望特征组包括至少一个重复单元并且共享至少一个共同特征。例如，在图4A中，特征组形成具有菱形形状的重复单元。还可以看出，每个重复单元中的最小特征由两个相邻的重复单元或两个相邻的特征组共享。由两个或更多个图案组共享特征会形成曲折路径。类似地，图2A和2B示出了两个相邻的重复单元共享的至少一个特征。

给定图案中的特征的数量可以是奇数或偶数。在一个实施例中，如果给定图案中的特征的总数等于奇数，则共享特征的数量通常等于奇数。在另一个实施例中，如果给定图案中的特征的总数等于偶数，则所述给定图案中的共享特征的数量通常等于偶数。

间隔开的特征可以具有各种几何形状并且可以存在于一个、两个或三个维度或其间的任何维度中。间隔开的特征可以具有尺寸不同的相似几何形状或者可以具有尺寸不同的不同几何形状。例如，在图4A中，间隔开的特征形状相似，其中每个形状具有不同的大小，而在图4B、4C和4D中，间隔开的特征具有不同的几何形状和不同的大小。

几何形状可以是规则的(例如，欧几里德数学(Euclidean mathematics)描述的)或不规则的(例如，非欧几里德数学(non-Euclidean mathematics)描述的)。欧几里德数学描述了质量与间隔开的特征的提高到整数幂(例如，一次幂、二次幂或三次幂)的特性尺寸成正比的那些结构。在一个实施例中，几何形状可以包括欧几里德数学描述的形状，例如，线、三角形、圆形、四边形、多边形、球体、立方体、富勒烯(Fullerene)形状或此类几何形状的组合。

例如，图4A显示，间隔开的特征几乎是椭圆形的，即，当从上到下观看时，每个特征的横截面几何形状都类似于通过将矩形与半圆形组合而获得的几何形状。类似地，图4B、4C和4D示出了包括圆、圆的部分(例如，半圆、四分之一圆)、三角形等的特征。

在一个实施例中，可以将重复单元与相邻的重复单元组合，以产生具有欧几里德数学描述的几何形状的间隔开的特征的组合。在一个实施例中，间隔开的特征可以具有可以非欧几里德数学描述的不规则几何形状。非欧几里德数学通常用于描述质量与间隔开的特征的提高到分数幂(例如，如1.34、2.75、3.53等分数幂)特性尺寸成正比的那些结构。可以通过非欧几里德数学描述的几何形状的实例包含分形和其它不规则形状的间隔开的特征。

在一个实施例中，可以将几何形状可以通过欧几里德数学描述的间隔开的特征组合，以产生几何形状可以通过非欧几里德数学描述的特征。换句话说，特征组可以具有扩张对称性(dilational symmetry)。分形维数可以垂直于上面安置有特征的模板表面来测量，或者可以平行于上面安置有特征的模板表面来测量。分形维数是以地形间间隙(inter-topographical gap)测量的。

在一个实施例中，在平面中在平行于上面安置有特征的表面进行测量时，分形维数的分数幂可以为约1.00到约3.00，具体地约1.25到约2.25，更具体地约1.35到约1.85。在另一个实施例中，在平面中在垂直于上面安置有特征的表面进行测量时，分形维数的分数幂可以为约1.00到约3.00，具体地约1.25到约2.25，更具体地约1.35到约1.85。

在又另一个实施例中，在平面中在垂直于上面安置有特征的表面进行测量时，分形维数的分数幂可以为约3.00到约4.00，具体地约3.25到约3.95，更具体地约3.35到约3.85。换句话说，可以用与图案的特征类似的特征对曲折路径或每个特征的表面进行纹理化(尽管规模较小)，从而在曲折路径本身内产生微曲折路径和纳米曲折路径。

在另一个实施例中，间隔开的特征在平行于上面安置有特征的表面的方向上可以具有多个分形维数。间隔开的特征可以被布置成在平行于上面安置有特征的表面的方向上具有2个或更多个分形维数，具体地3个或更多个维数，具体地4个或更多个维数。由特征在显微照片的从上到下的方向上产生的分形维数分别为1.444和1.519，而由特征在从左到右的方向上产生的分形维数为1.557。具有多个分形维数的纹理的存在会防止藻类、细菌、病毒和其它生物体的生物粘附。

在又另一个实施例中，间隔开的特征在垂直于上面安置有特征的表面的方向上可以具有多个分形维数。间隔开的特征可以被布置成在平行于上面安置有特征的表面的方向上具有2个或更多个分形维数，具体地3个或更多个维数，具体地4个或更多个维数。

模板上的曲折路径可以由正弦函数、样条函数、多项式函数等来限定。曲折路径通常存在于多个间隔开的特征组之间并且可能偶尔由于特征的存在或由于两个特征之间的接触而中断。曲折路径与间隔开的特征之间的相交频率可以是周期性的或非周期性的。在一个实施例中，曲折路径可以相对于其具有周期性。在另一个实施例中，曲折路径可以是非周期性的。在一个实施例中，两条或更多条分开的曲折路径从不彼此相交。

如果绕过在曲折路径中充当障碍物的特征，则模板上的曲折路径的长度可以在上面安置有图案的表面的整个长度上延伸。曲折路径的在两个相邻图案的两个相邻特征之间测量的宽度为约10纳米到约500微米，具体地约20纳米到约300微米，具体地约50纳米到约100微米，并且更具体地约200纳米到约50微米。

模板上的间隔开的特征之间具有线性路径或通道。在一个实施例中，间隔开的特征之间可以具有多条线性路径或多个通道。

应当注意，纹理可以与以上公开的纹理不同。例如，还可以以本文详细说明的方式制造包括大小各异的各种几何形状的组合的随机纹理。所述几何形状可以包含3面物体、4面物体、多边形、圆形、椭圆形等或其组合。连接前述物体的顶点的边可以是线性的或曲线的。

如上所述，模板可溶于溶剂。溶剂可以是有机溶剂或水性溶剂。溶剂可以呈液体、蒸气或其组合的形式。还可以使用超临界流体和/或过热流体。优选的是水性溶剂。还优选的是液态二氧化碳。期望可以与水组合以形成可以溶解模板的助溶剂的溶剂。

期望使用可以在室温下溶解模板的溶剂或助溶剂。还可以使用可以在高温下溶解模板的溶剂和助溶剂。例如，在32℉到211℉的温度下可以使用水。还可以使用212℉或更高温度的蒸汽来溶解模板。通常期望使用可以溶解模板而不溶解或损坏已经通过模板纹理化的表面的溶剂。

通常期望将液体非质子极性溶剂，如碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、丁内酯、乙腈、苄腈、硝基甲烷、硝基苯、环丁砜、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮等或其组合用于溶解模板。可以使用极性质子溶剂，如水、甲醇、乙腈、硝基甲烷、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇等或其组合。还可以使用其它非极性溶剂，如苯、甲苯、二氯甲烷、四氯化碳、己烷、二乙醚、四氢呋喃等或其组合来溶解模板。优选溶剂的实例为水、醇、四氢呋喃、丙酮或其组合。还可以使用过热流体和超临界流体来溶解/降解模板。

在一实施例中，溶剂可以含有酸或碱以便除了溶解模板材料之外还降解模板或破坏模板的一些化学键。

含有本文公开的特征的模板是一次性模板。所述模板可以容易地大量制造并且输出以供另一位置使用。所述模板可以由环保的并且可以在使用后使用如水等同样环保的溶剂洗掉的聚合物制成。由于模板由柔性的轻质材料制成，因此可以在旋绕的表面以及具有多种形状和尺寸的表面上使用。

模板可以限制在可以防止模板经历氧化和水蒸气损坏的保护膜(例如，硅树脂膜或聚烯烃膜)中并且可以输送到使用所述模板的地点。

模板和其中使用的材料可以通过以下非限制性实例例示。

实例

进行此实例的目的是展示水溶性聚合物在制备可以转移出给定纹理的模板中的用途。

在此实例中，将可以以Sulky Super Solvy水溶性稳定剂薄膜卷的形式商购获得的聚乙烯醇安置在含有类似于在图5中看到的纹理的基材上。所述纹理的尺寸可以用+2SK2x2表示。膜形式的聚乙烯醇安置在基材的经纹理化表面上。

然后，在高温下将膜压到基材上。可以使用热轧将聚乙烯醇膜压到基材上。热轧的温度为190℃。可以使用经加热的铁来达到相同的结果。

在高温下将膜压在经纹理化基材上时，所述膜会流入基材的缝隙中。经纹理化基材的镜像印在聚乙烯醇膜的与经纹理化表面接触的表面上。

然后，将经加热的膜冷却并从基材上取出。所述膜现在可以用作模板用于以对另一个表面进行纹理化。

尽管已参考一些实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以做出各种改变，并且可以用等效物取代本发明的要素。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，意图不在于将本发明限于作为设想用于实施本发明的最佳方式而公开的特定实施例，而是本发明将包含落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (18)

1.一种模板，其包括：

可溶性聚合物，所述可溶性聚合物具有安置在其上的纹理，其中所述纹理包括图案，所述图案包括第一多个间隔开的特征，所述间隔开的特征布置成多个组，某一组内的所述间隔开的特征以约1纳米到约500微米的平均距离间隔开，每个特征都具有与相邻特征上的表面基本上平行的表面，每个特征都与其相邻特征分离，并且其中所述特征组相对于彼此布置以便限定曲折路径，其中所述模板呈最大厚度为1.5毫米并且最小厚度不大于所述最大厚度的40％的自支撑膜的形式，其中经纹理化表面的表面积至少大于10cm²。

2.根据权利要求1所述的模板，其中所述聚合物可溶于水。

3.根据权利要求1所述的模板，其中所述聚合物在有效溶剂中的溶解速率为0.5克/分钟到10克/分钟。

4.根据权利要求1所述的模板，其中所述聚合物是线性热塑性无定形聚合物或交联聚合物。

5.根据权利要求1所述的模板，其中所述聚合物选自由以下组成的组：聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚六甲基纤维素、聚六乙基纤维素、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰胺-胺、聚乙二醇或其组合。

6.根据权利要求1所述的模板，其中所述聚合物是以下中的至少一种的共聚物：聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚六甲基纤维素、聚六乙基纤维素、聚乙烯亚胺、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚酰胺-胺。

7.根据权利要求1所述的模板，其中所述多个间隔开的特征凸入所述模板的表面中。

8.根据权利要求1所述的模板，其中所述特征组相对于彼此布置以便限定线性路径或多个通道。

9.根据权利要求1所述的模板，其中所述曲折路径由正弦曲线或样条函数限定。

10.根据权利要求1所述的模板，其中所述纹理安置在所述模板的相对表面上。

11.根据权利要求10所述的模板，其中所述模板上的所述相对表面上的所述纹理彼此以某一角度倾斜。

12.一种方法，其包括：

在两个压板之间安置可溶性聚合物，其中所述压板之一具有纹理；

使所述可溶性聚合物在23℃到300℃的温度以及5磅/平方英寸到150磅/平方英寸的压力下与具有所述纹理的所述压板接触；

在所述可溶性聚合物上形成所述纹理的镜像；

使用所述可溶性聚合物作为模板以对另一个表面进行纹理化，其中所述模板是自支撑膜，其中所述纹理包括图案，所述图案包括第一多个间隔开的特征，所述间隔开的特征布置成多个组，某一组内的所述间隔开的特征以约1纳米到约500微米的平均距离间隔开，每个特征都具有与相邻特征上的表面基本上平行的表面，每个特征都与其相邻特征分离，并且其中所述特征组相对于彼此布置以便限定曲折路径，其中所述模板呈最大厚度为1.5毫米并且最小厚度不大于所述最大厚度的40％的自支撑膜的形式，其中经纹理化表面的表面积至少大于10cm²。

13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括对所述可溶性聚合物的与通过具有所述纹理的所述压板进行纹理化的所述表面相对的表面进行纹理化。

14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述两个压板之间安置所述可溶性聚合物之前，将所述可溶性聚合物熔融。

15.根据权利要求14所述的方法，其中在所述两个压板之间安置所述可溶性聚合物之前，将所述可溶性聚合物与溶剂混合。

16.根据权利要求12所述的方法，其中在所述两个压板之间安置所述可溶性聚合物之后，对所述可溶性聚合物进行加热。

17.根据权利要求12所述的方法，其中所述两个压板是辊。

18.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括将所述模板安置在两个非粘性薄板之间。

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