一种制备具有梯度浸润性的纳米二氧化钛涂层方法技术

一种制备具有梯度浸润性的纳米二氧化钛涂层方法，用正辛基三氯硅烷改性后的纳米二氧化钛分散液对食人鱼溶液浸泡后的玻璃片进行倾斜涂布，通过紫外光梯度照射的方法，得到具有梯度浸润性的蜂窝状表面纳米涂层材料，该涂层与去离子水的接触角从26.9°～139.7°，在长75mm的载玻片上呈现梯度分布，且接触角梯度状态能维持1周左右不变化。本发明专利技术方法简便，耗时少，不需要特殊仪器，所制备的蜂窝状纳米凹凸涂层能实现微量蛋白质的梯度吸附，可用于生化分离和分析检测领域，在无损失液体输送、微流体、生物芯片等领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种制备具有梯度浸润性的纳米二氧化钛涂层方法
本专利技术涉及表面涂层材料
，具体来说是具有梯度浸润性的纳米二氧化钛涂层方法。
技术介绍
在自然环境中，浸润性梯度的应用可谓是十分广泛，不论是蛛丝上的水定向移动，还是沙漠甲虫StenOcara利用浸润性梯度于空气取水的现象，都体现出浸润性梯度的应用价值。近些年来，随着仿生学的快速发展，以及从大自然中的各种生物受到启发，科研工作者们对浸润性梯度表面展开了大量的科研工作，浸润性梯度表面作为固体表面材料的一个重要分支，对于构建可控性浸润表面具有重要意义。在过去半个世纪中，浸润性梯度表面在材料和生物学研究的许多方面发挥了关键作用而被广泛应用于能源、生物、医学及微流控等领域。就目前的研究进展来看，制备表面梯度浸润性的方法有：利用化学方法改变固体表面形貌(见[1]Linke,H.,etal.Self-propelledleidenfrostdroplets.Phys.Rev.Lett.,96,154502.2006；[2]Liu,C.etal.Asymmetricratcheteffectfordirectionaltransportoffogdropsonstaticanddynamicbutterflywings.ACSNano,8,1321-1329,2014)，改变温度(见[3]Wang,C.,etal.Stickyorslipperywetting:networkformationconditionscanprovideaone-waystreetforwaterflowonplatinum-curedsilicone.ACSAppliedMaterialInterfaces,8,14252-14262,2016)，利用电力(见[4]Sandre,O.,etal.Movingdropletsonasymmetricallystructuredsurfaces.Phys.Rev.E60,2964-2972,1999；[5]Tian,D.L.,etal.Electricfieldandgradientmicrostructureforcooperativedrivingofdirectionalmotionofunderwateroildroplets.Adv.Funct.Mater.26,7986-7992,2016)，利用机械振动(见[6]Daniel,S.,etal.Vibration-actuateddropmotiononsurfacesforbatchmicrofluidicprocesses.Langmuir21,4240-4248,2005；[7]Malvadkar,N.A.,etal.Anengineeredanisotropicnanofilmwithunidirectionalwettingproperties.Nat.Mater..9,1023-1028,2010)，利用pH诱导([8]Lagzi,In.,etal.Mazesolvingbychemotacticdroplets.J.Am.Chem.Soc.132,1198-1199,2010)，利用空间等离子体技术(见[9]Han,X.,etal.FabricationofChemicalGradientUsingSpaceLimitedPlasmaOxidationanditsApplicationforDropletMotion.Adv.Funct.Mater..22,4533-4538,2012)，利用静电纺丝技术(王姝英，李敏，龚光明，王景明，吴俊涛，江雷.静电纺丝制备具有浸润性梯度的聚酰亚胺纳米纤维膜.高等化学学报,5,1090-1094,2012)。在上述这些策略中需要复杂的制备工艺和高能外部能源，如压力源、电源或等离子源以产生浸润性梯度，这种方法限制了浸润性表面的使用的灵活性，制备过程需要价值高昂的仪器设备，成为梯度浸润性表面应用的限制。基于以上不足，开发简便快捷的梯度浸润性涂层制备方法仍是一个持续的挑战。
技术实现思路
鉴于现有技术上的不足，本专利技术旨在提供一种梯度浸润性纳米TiO2涂层的制备方法，使之克服现有缺点。本专利技术的目的通过如下手段来实现。一种简易快捷制备具有梯度浸润性的纳米二氧化钛涂层方法，采用如下的步骤：(a)纳米颗粒的改性：取锐钛矿型TiO2纳米颗粒，倒入质量百分比浓度为30％的H2O2中(TiO2纳米颗粒和H2O2的比例为0.8g:15mL)，超声分散5分钟，将分散液封口，黑暗条件下以500rpm磁力搅拌4小时后，静置自然沉降分离，去除上清液后置于45℃烘箱中烘干6～8小时，将干燥后的TiO2块状物在市售研钵中研磨30分钟，即得羟基化的TiO2粉末；配置体积比为5％的正辛基三氯硅烷与正己烷的混合液，取20mL加入到研磨好的TiO2粉末中，超声分散5分钟，再在转速500rpm下磁力搅拌6小时，期间不断补充正己烷维持初始液面不变，将此TiO2分散液在10,000rpm转速下离心10分钟，除去上清液得TiO2沉淀；向此沉淀中加入正己烷洗涤，用手提式离心分散器以15,000rpm分散1～2分钟，再以10,000rpm离心10分钟，弃去上清液并收集沉淀，重复上述正己烷洗涤操作2～3次，得到疏水改性的TiO2沉淀后置于烘箱中45℃下烘干6～8小时，取出干燥后TiO2块状物研磨30分钟，制得疏水改性的TiO2纳米颗粒。(b)涂层的制备：取(a)步骤得到的改性TiO2纳米颗粒加入正己烷中(改性TiO2纳米颗粒和正己烷的比例为3.75g:100mL)，超声分散15分钟，制得改性纳米TiO2纳米颗粒的正己烷分散液；将干净市售载玻片浸入90℃的食人鱼溶液中(浓H2SO4:H2O2的体积比为7:3)处理90分钟后，用去离子水洗涤3次并用氮气吹干备用。用滴管吸取适量正己烷分散的改性纳米TiO2纳米颗粒分散液，从倾斜的食人鱼处理后的载玻片(长75mm×宽25mm×高1mm)顶端开始滴(玻片与水平面的夹角为60°)，使分散液在玻片表面流淌直至在玻片表面均匀分布，待玻片表面正己烷挥发干，即完成1次涂布，重复涂布过程10-20次，即得具有蜂窝状结构的疏水TiO2纳米颗粒涂层。(c)浸润性梯度的制备：将改性TiO2纳米颗粒涂层涂布的载玻片在黑暗条件下置于紫外灯下倾斜照射1～2小时(紫外灯与水平桌面的距离为300mm，载玻片与水平桌面的夹角为80°，载玻片顶端紫外光照射强度为0.3mW/cm2，底端照射强度为0.05mW/cm2)，如附图1所示。即得具有梯度浸润性的TiO2纳米颗粒涂层，该涂层与去离子水的接触角从26.9°～139.7°，在长75mm的市售载玻片上呈现梯度分布。(d)取适量市售FITC-BSA(荧光标记牛血清白蛋白)用去离子水配置成浓度为4.5×10-13g/mL的溶液，将上述制备得到的具有梯度浸润性的载玻片置于其中避光浸泡5分钟后，取出避光晾干，用荧光显微镜可观察载玻片表面呈现梯度荧光分布。由于载玻片表面具有纳米凹凸，对极低浓度蛋白质具有梯度吸附作用，可应用于生化分离和分析检测领域。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：采用本专利技术方法获得的在紫外光梯度照射下制备表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备具有梯度浸润性的纳米二氧化钛涂层方法，其特征在于，采用如下的步骤：(a)纳米颗粒的改性：取锐钛型TiO2纳米颗粒0.8g，倒入15mL质量百分比浓度为30％的H2O2中，超声分散5分钟，将分散液封口，黑暗条件下以500rpm磁力搅拌4小时后，静置自然沉降分离，去除上清液后置于45℃烘箱中烘干6～8小时，将干燥后的TiO2块状物在研钵中研磨30分钟，即得羟基化的TiO2粉末；配置体积比为5％的正辛基三氯硅烷与正己烷的混合液，取20mL加入到研磨好的TiO2粉末中，超声分散5分钟，再在转速500rpm下磁力搅拌6小时，期间不断补充正己烷维持初始液面不变，将此TiO2分散液在10,000rpm转速下离心10分钟，除去上清液得TiO2沉淀；向此沉淀中加入正己烷洗涤，先用手提式离心分散器以15,000rpm分散1～2分钟，再以10,000rpm离心10分钟，弃去上清液并收集沉淀，重复上述正己烷洗涤操作2～3次，得到疏水改性的TiO2沉淀后置于烘箱中45oC下烘干6～8小时，取出干燥后TiO2块状物研磨30分钟，制得疏水改性的TiO2纳米颗粒；(b)涂层的制备：取(a)步骤得到的改性TiO2纳米颗粒加入正己烷中，改性TiO2纳米颗粒和正己烷的比例为3.75g:100mL，超声分散15分钟，制得改性纳米TiO2纳米颗粒的正己烷分散液；将干净载玻片浸入90℃的食人鱼溶液中，其中，浓H2SO4:H2O2的体积比为7:3，处理90分钟后，用去离子水洗涤3次并用氮气吹干备用；用滴管吸取适量正己烷分散的改性纳米TiO2纳米颗粒分散液，从倾斜的食人鱼溶液处理后的载玻片顶端开始滴，载玻片与水平面的夹角为60°，使分散液在玻片表面流淌直至在玻片表面均匀分布，待载玻片表面正己烷挥发干，即完成1次涂布，重复涂布过程10‑20次，即得具有蜂窝状结构的疏水TiO2纳米颗粒涂层；(c)浸润性梯度的制备：将改性TiO2纳米颗粒涂层涂布的载玻片在黑暗条件下置于紫外灯下倾斜照射1～2小时，紫外灯与水平桌面的距离为300mm，载玻片与水平桌面的夹角为80°，载玻片顶端紫外光照射强度为0.3mW/cm2，底端照射强度为0.05mW/cm2，即得具有梯度浸润性的TiO2纳米颗粒涂层，该涂层与去离子水的接触角从26.9°～139.7°，在长75mm的载玻片上呈现梯度分布，且接触角梯度状态能维持1周左右不变化。...

【技术特征摘要】
1.一种制备具有梯度浸润性的纳米二氧化钛涂层方法，其特征在于，采用如下的步骤：(a)纳米颗粒的改性：取锐钛型TiO2纳米颗粒0.8g，倒入15mL质量百分比浓度为30％的H2O2中，超声分散5分钟，将分散液封口，黑暗条件下以500rpm磁力搅拌4小时后，静置自然沉降分离，去除上清液后置于45℃烘箱中烘干6～8小时，将干燥后的TiO2块状物在研钵中研磨30分钟，即得羟基化的TiO2粉末；配置体积比为5％的正辛基三氯硅烷与正己烷的混合液，取20mL加入到研磨好的TiO2粉末中，超声分散5分钟，再在转速500rpm下磁力搅拌6小时，期间不断补充正己烷维持初始液面不变，将此TiO2分散液在10,000rpm转速下离心10分钟，除去上清液得TiO2沉淀；向此沉淀中加入正己烷洗涤，先用手提式离心分散器以15,000rpm分散1～2分钟，再以10,000rpm离心10分钟，弃去上清液并收集沉淀，重复上述正己烷洗涤操作2～3次，得到疏水改性的TiO2沉淀后置于烘箱中45oC下烘干6～8小时，取出干燥后TiO2块状物研磨30分钟，制得疏水改性的TiO2纳米颗粒；(b)涂层的制备：取(a)步骤得到的改性TiO2纳米颗粒加入正己烷中，改性TiO2纳米颗粒和正己烷的比例为3.75g:100mL，超声分散15分钟，制得改性纳米TiO2纳米颗粒的正己烷分散液；将干净载玻片浸入90℃的食人鱼溶液中，其中，浓H2SO4:H2O2的体积比为7:3，处理90分钟后，用去离子水洗涤3次并用氮气吹干备用；用滴管吸取适量正己烷分散的改性纳米TiO2纳米颗粒分散液，从倾斜的食人鱼溶液处理后的载玻片顶端开始滴，载...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟涛，刘星辰，潘思芮，李盈岐，王垚磊，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51