一种超浸润Janus纸或纸基超浸润图案及其应用制造技术

本发明专利技术公开一种超浸润Janus纸或纸基超浸润图案及其应用。本发明专利技术所述超浸润Janus纸或纸基超浸润图案是在滤纸基底上通过喷墨打印疏水溶胶液得到的。本发明专利技术超浸润Janus纸或纸基超浸润图案，制备方法简单，得到的超浸润Janus纸一面具有超疏水性，另一面保持超亲水性，能够稳定待在油/水界面，而不受外力振动或摇晃所影响。另外，本发明专利技术在所述纸基超浸润图案的基础上成功实现了纸基微流控器件和纸芯片的制作，具有广阔应用前景。

An ultra wetting Janus paper or paper based super wetting pattern and its application

The invention discloses a super wetting Janus paper or paper based super wetting pattern and its application. The super wetting Janus paper or paper based super wetting pattern is obtained by ink-jet printing of hydrophobic sol solution on the substrate of the filter paper. The preparation method of super infiltrating Janus paper or paper based super infiltrating pattern is simple. The super wetting Janus paper has super hydrophobicity on the other side, and the other side remains super hydrophilic, and it can be stable at the oil / water interface without the influence of external force vibration or shaking. In addition, the invention realizes the fabrication of the paper based microfluidic device and the paper chip on the basis of the paper based super wetting pattern, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种超浸润Janus纸或纸基超浸润图案及其应用
本专利技术涉及纸基器件
更具体地，涉及一种超浸润Janus纸或纸基超浸润图案及其应用。
技术介绍
Janus材料是一类将两种相反的性能集于一体的材料。超浸润Janus材料是指材料的一面具有超亲水性而另一面具有超疏水性。Airoudj等人(AiroudjA.JournalofPhysicalChemistryC,2016,120,29162-29172)利用等离子体聚合的方法在纺织品表面制作了功能化涂层，从而发展了一种Janus纺织品。这种Janus纺织品同时具有防水性和透气性。刘等人(Wang,Z.AngewandteChemieInternationalEdition,2016,55,1291-1294)通过共聚物的选择性交联和溶胶-凝胶化学方法制作出了Janus棉织品，该Janus棉织品能够实现油/水混合物的有效分离。与传统的硅、玻璃、高聚物基器件相比，纸基器件具有成本更低、分析系统更易微型化和便携化、后处理简单和无污染等优点(CateD.M.AnalyticalChemistry.2015,87,19-41)，在显色分析、油/水分离、微流控等领域具有很大的应用前景(YamadaK.AngewandteChemieInternationalEdition,2015,54,5294-5310)。由于滤纸本身具有超亲水性，对滤纸的任一表面进行疏水化修饰，便可形成超浸润Janus纸。另外在滤纸的特定区域制造疏水的隔离图案，便可形成亲-疏水性的通道网络。目前尚无文献报道过超浸润Janus纸的制备及应用。关于纸基亲-疏水图案的制作，文献上主要采用喷蜡打印(LuY.AnalyticalChemistry.2010,82,329-335)、喷墨打印/喷墨溶剂刻蚀(AbeK.AnalyticalChemistry.2008,80,6928-6934)、融蜡浸透、绘图、丝网印刷、柔印、紫外光刻(HeQ.AnalyticalChemistry.2013,85,1327-1331)及激光处理等技术来实现(蒋艳，化学进展,2014,26,167-177)。Whitesides研究组(CarrilhoE.AnalyticalChemistry.2009,81,7091-7095.)相继研发了用于纸芯片制作的喷蜡打印技术。该技术利用商用喷蜡打印机在滤纸的特定区域形成固体蜡图案，然后将滤纸加热，使蜡融化并渗透到滤纸中形成疏水图案，制得纸芯片用于检测分析。Shen研究组(LiX.ColloidsandSurfacesB.2010,76,564-570)采用喷墨打印机在滤纸特定区域打印烷基烯酮二聚物溶液，然后通过加热使得烷基烯酮二聚物发生缩合反应结合到滤纸纤维素表面以改变滤纸的浸润性，而未喷墨的区域保持原滤纸的亲水性。Brennan研究组(WangJ.LabonaChip.2014,14,691-695)采用喷墨打印机在滤纸上打印甲基三甲氧基硅烷溶胶液制作了疏水隔离带图案，并利用该疏水隔离带图案进行了细菌检测方面的应用。何巧红等人(HeQ.AnalyticalChemistry.2013,85,1327-1331)首先对滤纸进行了烷基疏水化，然后通过紫外光刻法对滤纸进行亲水图案化，得到了纸基亲-疏水图案。上述这些方法制备得到的纸基亲-疏水图案普遍存在浸润性差异小或操作复杂等问题。因此，找到一种有效的方法在滤纸基底上实现稳健的超浸润Janus纸和超浸润图案的制备，对于纸基器件在油/水分离、微流控、显色分析等领域应用具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种超浸润Janus纸或纸基超浸润图案。本专利技术的另一个目的在于提供上述纸基超浸润图案在制备纸基微流控器件和纸芯片中的应用。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：本专利技术针对当前大多数制备超浸润Janus纸或纸基超浸润图案的方法存在操作复杂、性能欠佳等问题，设计了喷墨打印法。本专利技术以正硅酸乙酯和氟硅烷为原料，通过酸催化法在乙醇和水混合体系中合成了特定溶胶液。然后将该溶胶液通过喷墨打印法沉积到滤纸基底上，形成超浸润Janus纸或纸基超浸润图案。所得到的超浸润Janus纸一面具有超疏水性，另一面保持超亲水性，能够稳定待在油/水界面，而不受外力振动或摇晃所影响。本专利技术首先提供了一种超浸润Janus纸或纸基超浸润图案，所述超浸润Janus纸或纸基超浸润图案是在滤纸基底上通过喷墨打印疏水溶胶液得到的。进一步，所述超浸润Janus纸采用的喷墨打印方式为单面打印；所述纸基超浸润图案采用的喷墨打印方式为单面打印或单双面共同打印。进一步，所述喷墨打印的次数为1～20次。进一步，所述疏水溶胶液的制备方法，包括以下步骤：1)将纯水和乙醇以1:20～1:40的体积比进行混合，得到混合溶液；2)利用酸调节混合溶液的pH值为2～4；3)加入正硅酸乙酯和氟硅烷，所述正硅酸乙酯与乙醇的体积比为1:3～1:100，所述氟硅烷与乙醇的体积比为1:3～1:70；4)将步骤3)得到的溶液磁力搅拌2～60天，制备得到疏水溶胶液。进一步，步骤1)中，所述乙醇的纯度为99％以上；所述纯水的电阻率为15～18.2MΩ·cm。乙醇和水的纯度对后续纸芯片的开发研究起着重要作用，因为乙醇或水中的杂质会影响分析灵敏度与准确性。进一步，步骤2)中，所述酸选自盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的一种。优选酸均为强酸，以保证所调溶液pH值的稳定性。进一步，步骤3)中，所述氟硅烷选自十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、全氟辛基三氯硅烷、全氟癸基三氯硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基三乙氧基硅烷、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷、六氟丁基丙基三甲氧基硅烷中的一种。优选氟硅烷均为侧链带有烷基氟的硅烷，以保证疏水隔离图案的优异性能。本专利技术利用酸催化氟硅烷制备出疏水溶胶液，然后将该溶胶液打印到滤纸基底上，制得超浸润Janus纸和纸基超浸润图案。所制备超浸润Janus纸一面具有超疏水性，另一面保持超亲水性，能够稳定待在油/水界面，而不受外力振动或摇晃所影响。所制备超浸润Janus纸在油水分离，轮船/冲浪板涂层和纸芯片等领域具有应用前景。所制备纸基超浸润图案在纸基微流控器件和纸芯片开发领域具有广阔应用前景。本专利技术进一步提供了一种纸基微流控器件，包含如上所述的纸基超浸润图案，所述纸基微流控器件的精度可以达到600微米。本专利技术进一步还提供了一种纸芯片，包含如上所述的纸基超浸润图案，所述纸芯片能够进行显色分析；具体的，本专利技术给出了所述纸芯片在重金属离子检测中的应用。在本专利技术具体的实施方式中，所述纸芯片在重金属离子检测中的应用，包括如下步骤：1)在纸基超浸润图案内喷墨打印丁二酮肟溶液得到纸芯片；2)将纸芯片放入待检测的液体样品中以进行显色反应。进一步，步骤2)中，所述丁二酮肟溶液的浓度为100毫摩尔/升，溶剂选自乙二醇、N,N-二甲基甲酰胺、三氯甲烷、二甲基亚砜、甲苯、己烷、丙酮、甲醇和乙醇中的一种。进一步，所述待检测液体样品为无色样品。另外注意的是，如果没有特别说明，本专利技术所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及以端值或者端值之间的任意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超浸润Janus纸或纸基超浸润图案，其特征在于，所述超浸润Janus纸或纸基超浸润图案是在滤纸基底上通过喷墨打印疏水溶胶液得到的。

【技术特征摘要】
1.一种超浸润Janus纸或纸基超浸润图案，其特征在于，所述超浸润Janus纸或纸基超浸润图案是在滤纸基底上通过喷墨打印疏水溶胶液得到的。2.根据权利要求1所述的超浸润Janus纸或纸基超浸润图案，其特征在于，所述超浸润Janus纸采用的喷墨打印方式为单面打印；所述纸基超浸润图案采用的喷墨打印方式为单面打印或单双面共同打印。3.根据权利要求1所述的超浸润Janus纸或纸基超浸润图案，其特征在于，所述喷墨打印的次数为1～20次。4.根据权利要求1所述的超浸润Janus纸或纸基超浸润图案，其特征在于，所述疏水溶胶液的制备方法包括以下步骤：1)将纯水和乙醇以1:20～1:40的体积比进行混合，得到混合溶液；2)利用酸调节混合溶液的pH值为2～4；3)加入正硅酸乙酯和氟硅烷，所述正硅酸乙酯与乙醇的体积比为1:3～1:100，所述氟硅烷与乙醇的体积比为1:3～1:70；4)将步骤3)得到的溶液磁力搅拌2～60天，制备得到疏水溶胶液。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺军辉，张跃，任婷婷，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11