超亲水‑超疏水图案化多孔超浸润界面材料的制备方法技术

一种超亲水‑超疏水图案化多孔超浸润界面材料的制备方法。本发明专利技术通过改变光掩模板的图案可制备任意形状的亲水图案，薄膜厚度、形状、大小可通过改变实验条件得到控制，改变试剂比例也可改变多孔薄膜的孔径大小。方法包括：(1)玻璃片用3‑(三甲氧基硅烷)丙基甲基丙烯酸酯进行表面修饰；(2)光引发进行苯乙烯聚合；(3)再光引发接枝亲水聚甲基丙烯酸酯得到具有超疏水‑超亲水图案的多孔聚苯乙烯超浸润界面材料。由于超亲水图案化微阵列特殊浸润界面具有定点、限域、可控等优点，使其可用于检测、生物芯片、微流控领域、航空领域和工业印染等方面，另外由于聚苯乙烯易加工成型、绝缘保温、具有很好的压缩性能，应用广泛，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
超亲水-超疏水图案化多孔超浸润界面材料的制备方法
本专利技术涉及特殊浸润界面
，特别涉及一种超亲水-超疏水图案化多孔超浸润界面材料的制备方法。
技术介绍
表面图案化技术在许多领域中的应用正在迅速地增长，例如，化学和生物物质微分析、生物芯片、微体积反应器、组合合成、微流控系统等。同时，表面图案化技术也为小尺寸范围中所发生的物理、化学和生物现象的研究提供了机会。例如在纳米结构中的量子限域、图案化表面上晶体和细胞的生长以及图案化表面上的浸润和去湿现象等。但是，基于特殊浸润性的超亲水-超疏水图案化技术研究报道较少，且对于超亲水-超疏水图案化界面的应用还有待挖掘。浸润性可控的超疏水-超亲水图案化表面因其在化学和生物物质微分析、生物芯片、微流控设备和高通量筛选等方面有良好的应用，近几年已成为研究热点，由于浸润性的极度差异使得此种材料表面可以形成高密度微阵列、微流通道，极大地促进了新型的诊断设备和分析技术的发展。近年来，众多研究表明，材料的表面特性如微纳米结构、表面化学成分等都对生物物质微分析有着很重要的作用，有许多方法通过对材料表面进行修饰从而实现物质分析微图案化，如软刻蚀技术、溶胶凝胶法、喷墨印刷法和激光等离子体法等。然而，目前已有的制备物质分析微图案化的方法具有操作过程复杂、成本高、易受污染等问题。因此，发展低成本、简单快速地在基底上构筑有仿生结构的微图案技术，对于发展生物传感技术、生物分析学有很重要的科学价值。超疏水多孔聚苯乙烯薄膜是一种疏松多孔的白色薄膜，薄膜由直径为1～4μm的聚苯乙烯微球组成，孔隙直径10nm～10μm，薄膜与水的接触角在150～160°之间，而且苯乙烯价格低廉，易获得，由于超疏水多孔聚苯乙烯薄膜的特殊浸润性，使其在沙漠集水、船底涂料、天然气石油管道内壁以及防水防污处理中都有很广泛的应用，因此超疏水多孔聚苯乙烯薄膜作为超亲水图案的超疏水基底将会大大扩展其应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的就是克服传统超亲水图案化微阵列特殊浸润界面制备繁琐，成本高等不足之处，提供了一种简单、成本低廉的制备方法，使用廉价易得的苯乙烯作为实验原材料，通过光引发，制备出了超亲水-超疏水图案多孔聚苯乙烯薄膜，继而可以广泛的应用于检测、生物芯片、微流控领域、航空领域和工业印染等方面。一种超亲水-超疏水图案化多孔超浸润界面材料的制备方法，其特征在于，超亲水-超疏水图案化多孔超浸润界面材料是一种在超疏水基底上修饰大小、形状可控的超亲水图案，由超亲水层和超疏水层构成，形成了超亲水超疏水间隔，对水具有不同超浸润性的界面，其超疏水层为多孔聚苯乙烯薄膜；其中超疏水层多孔聚苯乙烯薄膜具体制备步骤为：步骤一、玻璃片基底用3-(三甲氧基硅烷)丙基甲基丙烯酸酯进行表面官能化修饰；步骤二、光引发进行苯乙烯聚合；步骤三、光引发接枝亲水聚甲基丙烯酸酯得到具有超疏水-超亲水图案的多孔聚苯乙烯薄膜。进一步的，步骤一之前，还包括玻璃片表面的预处理：首先分别用去污粉水，乙醇，去离子水使用KQ-300DA型数控超声波清洗器，在300W的电超声的功率下将玻璃片超声10分钟，然后用N2吹干后放在1mol/L的NaOH溶液中浸泡1h，用去离子水冲洗去除残留溶液，用氮气吹干后放在1mol/L的HCL溶液中浸泡1h，用去离子水冲洗去除残留溶液，用氮气吹干。进一步的，步骤一中官能化溶液的配制：3-(三甲氧基硅烷)丙基甲基丙烯酸酯20vol％的乙醇溶液，乙酸调节溶液pH＝5；步骤二中聚苯乙烯薄膜预聚合物溶液的配制：单体苯乙烯24wt％、交联剂EDMA16wt％、成孔剂环己醇20wt％、成孔剂癸醇40wt％、引发剂DMPAP1wt％(相对于单体)；步骤三中超亲水预聚合物溶液的配制：溶剂叔丁醇：去离子水(3:1v/v)、单体AMPS(2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸)15wt％、引发剂二苯甲酮0.25wt％。进一步的，所述玻璃片基底的大小、形状，薄膜厚度根据实际需要确定，多孔聚苯乙烯薄膜的孔径大小也可以通过改变聚苯乙烯薄膜预聚合物溶液中单体苯乙烯、交联剂EDMA、成孔剂环己醇、癸醇的比例来改变，改变光掩模板的图案可制备任意形状的亲水图案。本专利技术的有益效果为：(1)超亲水-超疏水图案多孔聚合物薄膜厚度、形状、大小可通过改变实验条件得到控制，改变试剂比例也可改变多孔薄膜的孔径大小；(2)改变光掩模板的图案可制备任意形状的亲水图案；(3)制备方法简单，所使用的原料成本低廉，容易获得；(4)设备简单，材料廉价；(5)可广泛用于检测、生物芯片、微流控领域、航空领域和工业印染等方面。附图说明图1为本专利技术实施例的超疏水多孔聚苯乙烯不同单体含量表面和截面的扫描电子显微镜图片。其中：a)单体含量为12％；b)单体含量为24％；c)单体含量为40％；d)单体含量为57％。图2为本专利技术实施例的超疏水多孔聚苯乙烯不同交联剂EDMA含量表面和截面的扫描电子显微镜图片。a)交联剂EDMA含量为11％；b)交联剂EDMA含量为26％；c)交联剂EDMA含量为32％；d)交联剂EDMA含量为42％.图3为本专利技术实施例的超疏水多孔聚苯乙烯不同环己醇：癸醇比例表面和截面的扫描电子显微镜图片。a)环己醇：癸醇比例为20：40；b)环己醇：癸醇比例为40：20；c)环己醇：癸醇比例为50：10；d)环己醇：癸醇比例为60：0。图4为本专利技术实施例的不同试剂比例的超疏水多孔聚苯乙烯接触角图片及统计数据图。a)不同单体含量；b)交联剂EDMA含量；c)不同环己醇：癸醇比例；d)最优条件下的超疏水多孔聚苯乙烯接触角图片。图5为本专利技术实施例的接枝的超亲水层的多孔聚苯乙烯薄膜在空气中水的接触角视频的四个截图。图6为接枝的超亲水-超疏水图案的多孔聚苯乙烯薄膜图片。具体实施方式下文将结合具体附图详细描述本专利技术具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。本专利技术实施例一种超亲水-超疏水图案多孔聚苯乙烯薄膜的制备方法，包括：步骤一、玻璃片用3-(三甲氧基硅烷)丙基甲基丙烯酸酯进行表面官能化修饰；步骤二、光引发进行苯乙烯聚合；步骤三、光引发接枝亲水聚甲基丙烯酸酯得到具有超疏水-超亲水图案的多孔聚苯乙烯薄膜。优选的，步骤一之前，还包括基底表面的预处理：首先分别用去污粉水，乙醇，去离子水使用KQ-300DA型数控超声波清洗器，在300W的电超声的功率下将玻璃片超声10分钟，然后用N2吹干后放在1mol/L的NaOH溶液中浸泡1h，用去离子水冲洗去除残留溶液，用氮气吹干后放在1mol/L的HCL溶液中浸泡1h，用去离子水冲洗去除残留溶液，用氮气吹干。优选的，步骤一中官能化溶液的配制：3-(三甲氧基硅烷)丙基甲基丙烯酸酯20vol％的乙醇溶液，乙酸调节溶液pH＝5；步骤二中聚苯乙烯薄膜预聚合物溶液的配制：单体苯乙烯24wt％、交联剂EDMA16wt％、成孔剂环己醇20wt％、成孔剂癸醇40wt％、引发剂DMPAP1wt％(相对于单体)；步骤三中超亲水预聚合物溶液的配制：溶剂叔丁醇：去离子水(3:1v/v)、单体AMPS(2-丙烯酰氨基-2-甲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超亲水‑超疏水图案化多孔超浸润界面材料的制备方法，其特征在于，超亲水‑超疏水图案化多孔超浸润界面材料是一种在超疏水基底上修饰大小、形状可控的超亲水图案，由超亲水层和超疏水层构成，形成了超亲水超疏水间隔，对水具有不同超浸润性的界面，其超疏水层为多孔聚苯乙烯薄膜；其中超疏水层多孔聚苯乙烯薄膜具体制备步骤为：步骤一、玻璃片基底用3‑(三甲氧基硅烷)丙基甲基丙烯酸酯进行表面官能化修饰；步骤二、光引发进行苯乙烯聚合；步骤三、光引发接枝亲水聚甲基丙烯酸酯得到具有超疏水‑超亲水图案的多孔聚苯乙烯薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种超亲水-超疏水图案化多孔超浸润界面材料的制备方法，其特征在于，超亲水-超疏水图案化多孔超浸润界面材料是一种在超疏水基底上修饰大小、形状可控的超亲水图案，由超亲水层和超疏水层构成，形成了超亲水超疏水间隔，对水具有不同超浸润性的界面，其超疏水层为多孔聚苯乙烯薄膜；其中超疏水层多孔聚苯乙烯薄膜具体制备步骤为：步骤一、玻璃片基底用3-(三甲氧基硅烷)丙基甲基丙烯酸酯进行表面官能化修饰；步骤二、光引发进行苯乙烯聚合；步骤三、光引发接枝亲水聚甲基丙烯酸酯得到具有超疏水-超亲水图案的多孔聚苯乙烯薄膜。2.如权利要求1所述的一种超亲水-超疏水图案化多孔超浸润界面材料的制备方法，其特征在于，步骤一之前，还包括玻璃片表面的预处理：首先分别用去污粉水，乙醇，去离子水使用KQ-300DA型数控超声波清洗器，在300W的电超声的功率下将玻璃片超声10分钟，然后用N2吹干后放在1mol/L的NaOH溶液中浸泡1h，用去离子水冲洗去除残留溶液，用氮气吹干后放在1mol/L的HCL溶液中浸泡1h，用去离...

【专利技术属性】
技术研发人员：许利苹，韩达，宋永杨，李明，王树涛，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11