[发明专利]一种响应性结构色微管道的制备方法及应用

说明书

本发明提供一种响应性结构色微管道的制备方法及应用，该方法利用垂直沉积法，得到管状胶体晶体模板，在管状胶体晶体模板中插入玻璃棒，在两者间的空隙中注入水凝胶前聚液，固化后移去模板，经还原反应后得到响应性结构色微管道。本发明所制备的响应性结构色微管道在一定刺激下可发生形状变化，可应用于微流控系统中，用于操控流体流速和流向，继承了胶体晶体模板的周期性微观结构，在发生形变时具有直观的结构色变化，提供了实时可视化的传感分析功能。本发明基于响应性水凝胶的结构色微管道具有制备方法简单、操作方便、生产成本低等优点，实用性强。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种响应性结构色微管道的制备方法及应用。

背景技术

在微流控系统中，通过控制流体的流速或流向可以实现多种多样的功能。常用的控制方式是使用外部驱动器或通道阀如磁阀、电动阀、压电阀、气动阀和热阀等。刺激响应性水凝胶也被开发设计成智能阀门。当水凝胶被固定在微流控通道中，通过一定刺激可以改变水凝胶的体积从而控制通道尺寸和通道开关，与其他阀门相比操控方法简单、可重复性好。

传统的刺激响应性水凝胶微阀应用于微流控系统中，只能单独地控制流体流速或流向，对于多参数的综合操控技术要求高。另外，流体控制过程中的实时报告对于传统的刺激响应性水凝胶也是一项挑战，限制了它的应用。

石墨烯是具有单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。石墨烯及其衍生物都具有光响应性，可以有效地吸收近红外光的能量并产生热效应。另一方面，受自然界生物的启发，结构色材料已通过使用各种无机、聚合物和杂化成分得到广泛的制造和研究。其中，结构色水凝胶通常源自具有周期性反蛋白石结构的智能聚合物，可以强烈调制电磁波并操纵光子在其光子带隙中的传播，从而提高其结构颜色的可调节性。因此，当这些智能水凝胶可以在不同的刺激下改变其体积或形状时，其结构色也会发生规律的变化。因此，本发明将石墨烯与结构色水凝胶结合，设计发明了一种自报告的响应性微管道，可用于控制流体流速、流向和传感分析。

发明内容

本发明的第一目的是针对现有技术的不足，提供一种响应性结构色微管道的制备方法，以解决传统微流控装置缺乏多参数的综合操控、无法实时报告的缺点；

本发明的第二目的是提供一种响应性结构色微管道的制备方法的应用。

本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种响应性结构色微管道，所述微管道水凝胶管表面有周期排列的孔洞结构，管体为掺有石墨烯的刺激响应性水凝胶，其制备方法包括以下步骤：

S1、管状胶体晶体模板的制备：配置胶体晶体分散液，利用毛细管通过垂直沉积法得到具有结构色的管状胶体晶体模板，可通过调节胶体晶体粒子的粒径、毛细管尺寸，获得具有不同结构色、尺寸的管状胶体晶体模板；

S2、配置水凝胶前聚液：将氧化石墨烯与水凝胶溶液混合，得到水凝胶前聚液；

S3、响应性结构色微管道的制备：将玻璃棒固定在S1所制备的管状胶体晶体模板的轴心位置，在玻璃棒与管状胶体晶体模板之间注入S2所制备的水凝胶前聚液，固化后除去管状胶体晶体模板，随后进行还原反应得到响应性结构色微管道。

进一步的，S1中，所述胶体晶体分散液为单分散的二氧化硅酒精分散液，其中，二氧化硅粒子的浓度为0.1~10wt%。

进一步的，可通过调节二氧化硅粒子的粒径来调整管状胶体晶体模板的结构色，增大粒子粒径，胶体晶体模板的特征反射峰增大，结构色发生红移；所述二氧化硅粒子的粒径为200nm~300nm。

进一步的，S1中，所述的管状胶体晶体模板的外径是由毛细管内径来控制，毛细管内径为0.5mm~1.5mm。

进一步的，S1中，垂直沉积法所需要的环境温度为20~60°C。