梯度二氧化硅表面微流體系統(tǒng)的構(gòu)筑方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料制備和檢測(cè)分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種基于超親水-疏水特性的梯度二氧化硅表面微流體系統(tǒng)的構(gòu)筑方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一個(gè)交叉研究領(lǐng)域，微流體系統(tǒng)成為當(dāng)前國內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域，如基因分析、藥物研發(fā)、食品安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、化學(xué)反應(yīng)等。
[0003]微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)是微流體系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，是實(shí)現(xiàn)微流體系統(tǒng)中流體精確控制的前提和基礎(chǔ)。微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要是將電能、磁能、熱能、化學(xué)能、機(jī)械能等形式的能量轉(zhuǎn)化為微流體的動(dòng)能和勢(shì)能。在眾多的微流體驅(qū)動(dòng)方法中，利用微通道內(nèi)的表面張力設(shè)計(jì)的毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)方法，不需要外加動(dòng)力源，是一種成本低廉、操作簡單、穩(wěn)定的微流體驅(qū)動(dòng)方法。
[0004]表面浸潤性是固體表面的一個(gè)重要特性，一般用接觸角表示。通常將水的接觸角小于90°的表面稱為親水表面,大于90°的表面稱為疏水表面。當(dāng)固體表面水的接觸角小于10°時(shí),則稱為超親水表面；而接觸角大于150°時(shí),稱為超疏水表面。
[0005]近年來，許多研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)在浸潤性梯度表面，液滴在非平衡表面力的作用下可以實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。1978年Greenspan首次提出了由于接觸角的變化引起液滴運(yùn)動(dòng)的可能性，之后 Greenspan 和 Brochard 通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了論證。1992 年 Chaudhury 和 Whitesides利用擴(kuò)散控制氣相沉積硅烷化試劑的方法，制備了潤濕性梯度表面，并證實(shí)了液滴在梯度表面可以沿15°傾斜表面向上運(yùn)動(dòng)。這種新型的表面張力驅(qū)動(dòng)液滴的運(yùn)動(dòng)方式，可以廣泛的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物和能源等領(lǐng)域。
[0006]現(xiàn)有的浸潤性的表面的主要制備的方法有:化學(xué)氣相沉積法、逐步浸入法、平版印刷、光降解、電暈處理、接觸印刷、機(jī)械拉伸法、溫度梯度法、光化學(xué)法等。但是這些方法絕大多數(shù)表面都不能直接的將界面自由能自發(fā)的轉(zhuǎn)化為液滴機(jī)械能，而是需要其他外力催化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于超親水-疏水特性的梯度二氧化硅表面微流體系統(tǒng)的構(gòu)筑方法，能夠在多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)基底上將梯度與微流體通道巧妙的結(jié)合以增強(qiáng)微流體的毛細(xì)驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)流體在無外力的情況下快速完成自輸送。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于超親水-疏水特性的梯度二氧化石圭表面微流體系統(tǒng)的構(gòu)筑方法，包括:
[0009]步驟1、在載體表面形成具有梯度的煙灰層；
[0010]步驟2、在所述具有梯度的煙灰層表面形成S12納米膜層；
[0011 ] 步驟3、利用疏水材料對(duì)S12納米膜層進(jìn)行修飾以形成疏水化的S12納米層；
[0012]步驟4、在所述疏水化的S12納米層上覆蓋光掩膜，經(jīng)紫外光照射即在S12納米結(jié)構(gòu)膜層表面以形成超親水-疏水的微流體。
[0013]其中，所述步驟I之前還包括:
[0014]對(duì)載體表面進(jìn)行清洗并用氮?dú)獯蹈伞?br>[0015]其中，所述步驟I具體為:
[0016]將載體傾斜15°?60°放置在醋燭火焰上方0.5cm處2?6秒，以在所述載體表面形成煙灰層。
[0017]其中，所述步驟2具體為:
[0018]將盛有試劑的容器與步驟I得到的樣品一起放置在密閉干燥器中，在相對(duì)濕度為60% RH且環(huán)境溫度為30°C的鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行水解，利用化學(xué)氣相沉積的方法，在所述具有梯度的煙灰層表面形成S12納米膜層；其中所述試劑為分別盛有相同體積的正硅酸乙酯和氨水的兩個(gè)容器，或盛有四氯化硅的容器。
[0019]其中，所述步驟2與步驟3之間還包括:
[0020]對(duì)載體經(jīng)400?600°C熱處理I?3小時(shí)后冷卻。
[0021 ] 其中，所述步驟3中的疏水材料為十八烷基三氯硅烷。
[0022]其中，所述疏水材料為Cl3Si (CH2) nCH3，其中η = 8至16。
[0023]其中，所述步驟3具體為:
[0024]將載體在3?1mmol的疏水材料中浸泡15?60分鐘后取出，利用乙醇溶液清洗，并70?100°C下固定干燥5?10分鐘，得到所述疏水化的S12納米層。
[0025]其中，所述光掩模為紙或塑料膜，且通過激光刻蝕得到圖案，超親水-疏水微流體通道寬度設(shè)置為100?1000 μ m。
[0026]其中，載體由玻璃、石英、硅、陶瓷或金屬形成。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例的有益效果是:
[0028]上述方案利用具有表面梯度的多孔網(wǎng)狀煙灰結(jié)構(gòu)，得到具有表面梯度的多孔網(wǎng)狀S12結(jié)構(gòu)，運(yùn)用超親水-疏水特性制備微流體通道、將梯度與微流體通道巧妙的結(jié)合以增強(qiáng)微流體的毛細(xì)驅(qū)動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)流體在無外力的情況下快速完成自輸送。上述技術(shù)方案制備的超親水-疏水微流體通道無需特殊保護(hù)即可在空氣中長期保存。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明實(shí)施案例I所得到的梯度S12正面和側(cè)面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
[0030]圖2是本發(fā)明實(shí)施案例I所得到的梯度S12表面，不同位置的S12厚度曲線。
[0031]圖3是本發(fā)明實(shí)施案例I所得到的疏水的梯度S12表面，不同位置的接觸角曲線。
[0032]圖4是本發(fā)明實(shí)施案例I中采用十八烷基三氯硅烷(OTS)修飾的S12表面紫外處理區(qū)域與未處理區(qū)域的浸潤性對(duì)比圖。
[0033]圖5是本發(fā)明實(shí)施案例I所得到的超親水-疏水微流體通道的寬度分別為100 μ m、250 μ m、500 μ m、750 μ m、1000 μ m的不同體積的液滴沿著由薄到厚的梯度方向在鋪展過程中的接觸角變化曲線。
[0034]圖6是本發(fā)明實(shí)施案例I所得到的梯度S12微流體通道a)與無梯度S12微流體通道b)以及OTS修飾的載玻片表面微流體通道C)之間的對(duì)比圖(通道寬度均為500 μ m)，其中液滴體積為2 μ L。
[0035]圖7是本發(fā)明實(shí)施案例3所得到的梯度S12表面超親水-疏水微流體三通道檢測(cè)蛋白質(zhì)、葡萄糖、PH的圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0037]本發(fā)明實(shí)施例的方法包括:
[0038]I)、載體表面形成具有梯度的煙灰層；
[0039]將載體表面清洗干凈并用氮?dú)獯蹈?，將載體傾斜15°?60°放置在蠟燭火焰上方0.5cm處2?6秒，即得到具有梯度的煙灰層。
[0040]2)、S12納米膜層覆蓋煙灰層；
[0041]S12納米膜層的制備，是利用正硅酸乙酯與氨水或者四氯化硅，的水解作用得到的，用化學(xué)氣相沉積進(jìn)行。具體的，將分別乘有正硅酸乙酯和氨水的兩個(gè)容器(兩種試劑體積相同)與步驟I得到的樣品一起放置在密閉干燥器中，或者將試劑用四氯化硅代替，在相對(duì)濕度60% RH，且環(huán)境溫度為30°C的鼓風(fēng)干燥箱中放置12?24小時(shí)后取出，經(jīng)400?600°C熱處理I?3小時(shí)，除去煙灰層及其他有機(jī)物，自然冷卻備用。
[0042]3)、用疏水材料修飾S12納米膜層，形成疏水層；
[0043]疏水材料選自烷基三氯硅烷(Cl3Si (CH2)nCH3, η = 8?16)類化學(xué)試劑。將樣品浸泡在3?1mmol烷基三氯硅烷甲苯溶液中15?60分鐘取出，乙醇溶液清洗，70?100°C下固定干燥5?10分鐘，得到疏水的S12膜層。
[0044]4)、在疏水化的S12納米膜層上覆蓋光掩膜，經(jīng)紫外光照射即在梯度S12納米結(jié)構(gòu)膜層表面得到圖案尺寸和形貌與光掩膜一致的超親水-疏水的微流體。
[0045]具體的，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行具體舉例說明:
[0046]實(shí)施例1:
[0047]步驟1、取普通的載玻片，將載玻片浸泡在食人魚溶液(98% H2SO4和30% H2O2,按比例為3:1混合)中，放置