[发明专利]梯度二氧化硅表面微流体系统的构筑方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备和检测分析技术领域，特别是指一种基于超亲水-疏水特性的梯度二氧化硅表面微流体系统的构筑方法。

背景技术

作为一个交叉研究领域，微流体系统成为当前国内外研究的一个热点，广泛应用于生物医学和化学领域，如基因分析、药物研发、食品安全、环境监测、化学反应等。

微流体驱动技术是微流体系统中的关键技术之一，是实现微流体系统中流体精确控制的前提和基础。微流体驱动技术主要是将电能、磁能、热能、化学能、机械能等形式的能量转化为微流体的动能和势能。在众多的微流体驱动方法中，利用微通道内的表面张力设计的毛细力驱动方法，不需要外加动力源，是一种成本低廉、操作简单、稳定的微流体驱动方法。

表面浸润性是固体表面的一个重要特性，一般用接触角表示。通常将水的接触角小于90°的表面称为亲水表面，大于90°的表面称为疏水表面。当固体表面水的接触角小于10°时，则称为超亲水表面；而接触角大于150°时，称为超疏水表面。

近年来，许多研究学者发现在浸润性梯度表面，液滴在非平衡表面力的作用下可以实现自驱动运动。1978年Greenspan首次提出了由于接触角的变化引起液滴运动的可能性，之后Greenspan和Brochard通过实验进行了论证。1992年Chaudhury和Whitesides利用扩散控制气相沉积硅烷化试剂的方法，制备了润湿性梯度表面，并证实了液滴在梯度表面可以沿15°倾斜表面向上运动。这种新型的表面张力驱动液滴的运动方式，可以广泛的应用于医学、生物和能源等领域。

现有的浸润性的表面的主要制备的方法有：化学气相沉积法、逐步浸入法、平版印刷、光降解、电晕处理、接触印刷、机械拉伸法、温度梯度法、光化学法等。但是这些方法绝大多数表面都不能直接的将界面自由能自发的转化为液滴机械能，而是需要其他外力催化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于超亲水-疏水特性的梯度二氧化硅表面微流体系统的构筑方法，能够在多孔网状结构基底上将梯度与微流体通道巧妙的结合以增强微流体的毛细驱动力，实现流体在无外力的情况下快速完成自输送。

为了达到上述目的，本发明实施例提供了一种基于超亲水-疏水特性的梯度二氧化硅表面微流体系统的构筑方法，包括：

步骤1、在载体表面形成具有梯度的烟灰层；

步骤2、在所述具有梯度的烟灰层表面形成SiO₂纳米膜层；

步骤3、利用疏水材料对SiO₂纳米膜层进行修饰以形成疏水化的SiO₂纳米层；

步骤4、在所述疏水化的SiO₂纳米层上覆盖光掩膜，经紫外光照射即在SiO₂纳米结构膜层表面以形成超亲水-疏水的微流体。

其中，所述步骤1之前还包括：

对载体表面进行清洗并用氮气吹干。

其中，所述步骤1具体为：

将载体倾斜15°～60°放置在蜡烛火焰上方0.5cm处2～6秒，以在所述载体表面形成烟灰层。

其中，所述步骤2具体为：

将盛有试剂的容器与步骤1得到的样品一起放置在密闭干燥器中，在相对湿度为60％RH且环境温度为30℃的鼓风干燥箱中进行水解，利用化学气相沉积的方法，在所述具有梯度的烟灰层表面形成SiO₂纳米膜层；其中所述试剂为分别盛有相同体积的正硅酸乙酯和氨水的两个容器，或盛有四氯化硅的容器。

其中，所述步骤2与步骤3之间还包括：

对载体经400～600℃热处理1～3小时后冷却。

其中，所述步骤3中的疏水材料为十八烷基三氯硅烷。

其中，所述疏水材料为Cl₃Si(CH₂)_nCH₃，其中n＝8至16。

其中，所述步骤3具体为：

将载体在3～10mmol的疏水材料中浸泡15～60分钟后取出，利用乙醇溶液清洗，并70～100℃下固定干燥5～10分钟，得到所述疏水化的SiO₂纳米层。

其中，所述光掩模为纸或塑料膜，且通过激光刻蚀得到图案，超亲水-疏水微流体通道宽度设置为100～1000μm。

其中，载体由玻璃、石英、硅、陶瓷或金属形成。

本发明实施例的有益效果是：