一种液滴型微流控芯片，包括分散相沟道、两个连续相沟道和合成沟道，两个连续相沟道分布在分散相沟道的两侧，连续相沟道、分散相沟道以及合成沟道均具有输入口和输出口，连续相沟道和分散相沟道的输出口在合成沟道的输入口处交汇。PVDF-Fe3O4磁电复合微球的制法为：将PEG-DA、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、Fe3O4纳米颗粒与PVDF溶液混合均匀，作为分散相；以大豆油为连续相，将连续相和分散相分别从连续相和分散相沟道输入口注入，并保持连续相的流速高于分散相的流速，形成PVDF-Fe3O4复合微液滴；PVDF-Fe3O4复合微液滴在合成沟道中运动的过程中，对其进行紫外光照射，即得PVDF-Fe3O4磁电复合微球。其优点是：本发明专利技术的液滴型微流控芯片结构简单；制备的磁电复合微球大小均一可控、稳定性强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种液滴型微流控芯片及利用其制备PVDF-Fe3O4磁电复合微球的方法，属于微全分析系统领域。
技术介绍
磁电复合材料是将铁电性材料与铁磁性材料经一定的方法复合形成的一种新型功能材料，不仅具有前者的压电效应和后者的磁致伸缩效应，而且还能产生出新的磁电耦合效应。相对于单相磁电材料，磁电复合材料具有Neel和 Curie 温度高、磁电转换系数大等诸多优点，在智能滤波器、磁电传感器、磁场感应器等领域具有巨大的应用前景。而在这些磁电复合材料中，聚偏氟乙烯（PVDF）具有良好的压电特性，四氧化三铁（Fe3O4）具有良好的磁性，因此制备PVDF-Fe3O4复合磁电材料引起了科研工作者广泛的研究兴趣。目前，传统研究主要是制备薄膜状的PVDF-Fe3O4磁电复合材料，并且利用传统技术制备合成的PVDF-Fe3O4微米材料存在着操作复杂、尺寸不均一以及不可控等局限性，而微流控技术为克服上述问题提供了一个很好的技术平台。微流控芯片技术起源于20世纪90年代，最初应用于分析化学领域，它以微通道为结构特征，以生命科学为主要研究对象，通过微机电加工工艺（MEMS），将整个实验室的功能包括样片预处理、反应、分离、检测等集成在一块微米尺度的芯片上，使分析速度得到极大地提高，具有集成度高，试剂消耗少，制作成本低，分析效率高等特点。在目前的微流控技术中，液滴微流控越来越多的被应用于制备多功能性材料。这项技术的主要优点为：1、可以精确控制合成材料的组分及其比例；2、通过调节各相流速可以方便地控制合成材料的尺寸；3、与传统方法相比，利用液滴微流控芯片技术合成的微颗粒尺寸具有良好的均一性。但是，目前利用液滴微流控芯片制备磁电复合材料的方法的研究很少。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种液滴型微流控芯片及利用其制备PVDF-Fe3O4磁电复合微球的方法，该方法制备的磁电复合材料属于微米尺度，并且尺寸大小均一、可控。为达到以上目的，本专利技术采用以下技术方案：一种液滴型微流控芯片，包括分散相沟道、两个连续相沟道和合成沟道，两个连续相沟道分布在分散相沟道的两侧，连续相沟道、分散相沟道以及合成沟道均具有输入口和输出口，连续相沟道和分散相沟道的输出口在合成沟道的输入口处交汇。所述分散相沟道的直径为30-100微米，连续相沟道的直径为30-100微米，合成沟道的直径为50-200微米。 所述两个连续相沟道共用一个输入口。所述合成沟道为直沟道。所述直沟道的长度为1000~3000微米。一种利用上述液滴型微流控芯片制备PVDF-Fe3O4磁电复合微球的方法，包括如下步骤：（1）配置质量分数为5%~10%的PVDF溶液；（2）将PEG-DA、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、Fe3O4纳米颗粒与步骤（1）制备的PVDF溶液混合均匀，作为分散相；（3）以大豆油为连续相，将连续相按10~500微升/小时的流速从连续相沟道输入口注入，将步骤（2）制备的分散相按1~100微升/小时的流速从分散相沟道的输入口注入，并保持连续相的流速高于分散相的流速，在合成沟道入口处形成PVDF-Fe3O4复合微液滴；（4）步骤（3）制备的PVDF-Fe3O4复合微液滴在合成沟道中运动的过程中，对其进行紫外光照射，形成PVDF-Fe3O4复合微球。所述PVDF溶液的溶剂为二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。所述Fe3O4纳米颗粒的直径为200nm~300nm。所述PEG-DA、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、Fe3O4纳米颗粒与PVDF溶液的质量比为34：6：10：50。上述微流控芯片可按以下方法制作：按沟道图形制作光刻掩膜；在硅片或玻璃片上用旋转涂覆法涂覆厚度为10-100微米的光刻胶，烘干；利用标准光刻工艺进行光刻，显影，烘干；利用硅片上凸起的光刻胶为阳模，灌注高分子聚合物，固化；揭下印有沟道图案的聚合物胶体，打孔后进行表面氧化处理，聚合物沟道面和新的玻璃片键合，得到聚合物微流控芯片。本专利技术还提供了利用上述微流控芯片制备PVDF-Fe3O4磁电复合微球的方法：配置质量分数为5%~10%的PVDF溶液，溶剂为二甲基甲酰胺（DMF）或二甲基乙酰胺（DMAc）。然后以PEG-DA的紫外光聚合反应为基础（其中PEG-DA为紫外光聚合单体，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮（Darocur 1173）为光引发剂），将PEG-DA、Darocur 1173、PVDF/DMF、Fe3O4纳米颗粒（直径为200nm~300nm）的混合溶液作为分散相，并且使大豆油作为连续相。将连续相按10~500微升/小时的流速从连续相沟道输入口注入，将分散相按1~100微升/小时的流速从分散相沟道的输入口注入，并保持连续相的流速高于分散相的流速。连续相通过上述连续相沟道的流聚焦结构，使得分散相在合成沟道输入口处由于挤压作用形成一股稳定的聚焦流，而聚焦流由于表面张力、拖拽力以及剪切力的作用，头部周期性断裂，产生大小均一的包含有PVDF聚合物和Fe3O4纳米颗粒的聚合物微液滴。此结构在聚合物微球制备中用于实现油包裹反应溶液，以实现把反应溶液形成大小均一，速率一定的聚合物微液滴。在该聚合物微液滴在合成沟道中流动的过程中，通过施加紫外光，使液滴内部的光聚合单体与光引发剂发生反应，即将微液滴固化形成聚合物微球，最后即可从合成沟道出口处得到具有稳定形态的PVDF-Fe3O4磁电复合微球。本专利技术首先将作为分散相的具有磁性的Fe3O4和压电性的PVDF材料的混合溶液通过连续相拖拽力和剪切力的作用制备大小可控的包含有磁电材料的微液滴，可控直径范围约为10-100微米，尺寸波动小于1%。调整连续相流速的大小可以有效地控制微液滴的大小和间距，防止其相互碰撞、融合。而足够长的合成沟道可以为微液滴的进一步固化成为磁电复合微球提供了足够的时间。为制备不同尺寸大小聚合物微液滴，可以通过改变油速和分散相磁电混合溶液的流速实现。与现有技术相比，本专利技术的优点是：（1）本专利技术提供的液滴型微流控芯片结构简单，制备方法简单。（2）本专利技术提供的液滴型微流控芯片具有足够长的合成沟道可以为微液滴的进一步固化成为磁电复合微球提供了足够的时间。（3）本专利技术制备的磁电复合材料微球大小均一可控、较窄尺寸分布（CV%小于5%），成形较好，稳定性强，重复性好，可应用于大规模生产。附图说明图1 为本专利技术液滴型微流控芯片的结构示意图；其中，1-连续相沟道，2-分散相沟道，3-合成沟道，4-连续相沟道输入口，5-分散相沟道输入口，6-合成沟道输入口，7-连续相沟道输出口，8-连续相沟道输出口，9-合成沟道输出口。图2 为实施例1利用液滴微流控芯片制备的PVDF-Fe3O4复合微球的电镜照片。图3 为实施例2中分散相流速与PVDF-Fe3O4复合微球直径的关系图。图4为实施例2中连续相流速与PVDF-Fe3O4复合微球直径的关系图。具体实施方式现以具有良好压电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种液滴型微流控芯片，其特征在于：包括分散相沟道、两个连续相沟道和合成沟道，两个连续相沟道分布在分散相沟道的两侧，连续相沟道、分散相沟道以及合成沟道均具有输入口和输出口，连续相沟道和分散相沟道的输出口在合成沟道的输入口处交汇。
【技术特征摘要】
1.一种液滴型微流控芯片，其特征在于：包括分散相沟道、两个连续相沟道和合成沟道，两个连续相沟道分布在分散相沟道的两侧，连续相沟道、分散相沟道以及合成沟道均具有输入口和输出口，连续相沟道和分散相沟道的输出口在合成沟道的输入口处交汇。
2.根据权利要求1所述一种液滴型微流控芯片，其特征在于：所述分散相沟道的直径为30-100微米，连续相沟道的直径为30-100微米，合成沟道的直径为50-200微米。
3. 根据权利要求1或2所述一种液滴型微流控芯片，其特征在于：所述两个连续相沟道共用一个输入口。
4.根据权利要求3所述一种液滴型微流控芯片，其特征在于：所述合成沟道为直沟道。
5.根据权利要求4所述一种液滴型微流控芯片，其特征在于：所述直沟道的长度为1000~3000微米。
6.一种利用权利要求1-5任一项所述液滴型微流控芯片制备PVDF-Fe3O4磁电复合微球的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）配置质量分数为5%~10%的PVDF溶液；
（2）将PEG-DA、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、Fe3O4纳米颗...
【专利技术属性】
技术研发人员：国世上，赵兴中，李莎莎，张灿灿，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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