一种基于表面电荷打印制备带电路径、进行生物液滴传输、静电复印及微纳自组装的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于表面电荷打印制备带电路径、进行生物液滴传输、静电复印及微纳自组装的方法，属于数控打印系统技术领域。其包括以下步骤：将具有超疏水性质的材料置于移动平台上，用微液滴喷头向材料的超疏水表面滴水；同时控制液滴喷头的滴落高度和平台移动路径，在材料表面打印出具有电荷密度梯度的带电路径。利用形成的电荷密度梯度的带电路径进行生物液体传输，并且利用基于表面电荷打印进行静电复印和微纳自组装。本发明专利技术利用水滴撞击具有超疏水表面材料与之接触使其带电，并通过控制水滴喷射高度和平台移动路径，打印出具有电荷密度梯度的带电路径，其操作简便，设备简单且成本低，整个打印过程无需外接电源，不存在安全隐患。

【技术实现步骤摘要】
一种基于表面电荷打印制备带电路径、进行生物液滴传输、静电复印及微纳自组装的方法
本专利技术涉及数控打印系统
，具体涉及一种基于表面电荷打印制备带电路径、进行生物液滴传输、静电复印及微纳自组装的方法，更具体涉及一种基于表面电荷打印制备具有电荷密度梯度的带电路径的方法、基于表面电荷打印制备具有电荷密度梯度的带电路径进行生物液滴传输的方法及其基于表面电荷打印进行静电复印、微纳自组装的方法。
技术介绍
在生物液体传输应用的微流控和生物分析领域中，其表面电荷的产生主要依靠外接电源，外接电源产生的电荷施加给生物液体转化成带电液滴进行运输。在此过程中难免会造成生物液体损失，同时由于该运输过程还需外加电源，使得对设备要求高。目前，产生表面电荷主要依靠外接电源。在静电复印技术，作为电照相术或静电影像术的最广泛形式，其最基本或起始的步骤就是让光电导介质带电，而使表面带电的技术就是依靠外接电源产生的辉光放电。这样产生表面电荷的方法使得在静电复印技术中采用的设备构造比较复杂，且应用场景受限。并且微纳米材料自组装中，也通常使用静电来控制。通过外接电源极化材料形成驻极体图案，从而来引导微纳米材料的自组装。然而驻极体图案一旦形成，则无法更改，不能实现材料的重复多次利用。同时，极化时需要高压设备，使得技术成本变高，且存在安全隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供具体涉及一种基于表面电荷打印制备带电路径、进行生物液滴传输、静电复印及微纳自组装的方法，更具体涉及一种基于表面电荷打印制备具有电荷密度梯度的带电路径的方法、基于表面电荷打印制备具有电荷密度梯度的带电路径进行生物液滴传输的方法及其基于表面电荷打印进行静电复印、微纳自组装的方法，，以解决现有表面电荷由于都是通过外施电源产生，从而造成在生物液体传输、静电复印和微纳米材料自组装领域中利用现有表面电荷进行作业时造成其使用的设备结构复杂且成本要求高，同时还存在安全隐患的问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于表面电荷打印制备具有电荷密度梯度的带电路径的方法，其包括以下步骤：将具有超疏水表面的材料置于移动平台上，用液滴针头向材料的超疏水表面滴水；同时控制液滴针头的滴落高度和平台移动路径，在材料的超疏水表面打印出具有电荷密度梯度的带电路径。本专利技术采用固液界面接触带电，利用水滴中存在水的电离平衡，同时存在H+和OH-，当水滴与材料的超疏水表面接触时，超疏水表面倾向吸附负电荷(OH-离子)，从而在固液界面形成双电层。当水滴撞击在超疏水表面后快速反弹分离时，吸附在表面的氢氧根离子来不及扩散到水滴中，而被吸附留在超疏水表面，使超疏水表面带上表面电荷，且该表面电荷为负电。水滴滴落高度越高与超疏水表面的接触面积越大，形成的表面电荷其带电量也就越大，从而使得单位面积下的表面电荷密度也就越大，同时控制液滴针头滴落高度和平台移动路径，可在材料的超疏水表面上打印出具有电荷密度梯度的带电路径。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述水滴滴落方向与材料表面形成的夹角范围为大于0°且小于90°。优选地，水滴滴落方向与材料表面形成的夹角范围5°、10°、15°、20°、30°、45°、60°、75°或85°。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述超疏水表面还包括超双疏水表面。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述水滴直径为500μm-10mm。优选地，水滴直径为500μm、800μm、1mm、3mm、5mm、8mm或10mm。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述水滴滴落初速度为0m/s-50m/s。优选地，水滴滴落初速度为0m/s、5m/s、10m/s、20m/s、30m/s、40m/s或50m/s。当水滴滴落初速度为0m/s时水滴做自由落体运动滴落到材料上。一种基于具有电荷密度梯度的带电路径进行生物液体传输的方法，采用上述的具有电荷密度梯度的带电路径的打印方法，其包括以下步骤：移取生物液体到已打印的具有电荷密度梯度的带电路径的材料上，并且在表面电荷密度低的一端轻轻释放生物液体，生物液体由表面电荷密度低一端运输到表面电荷密度高的一端。一种基于表面电荷打印进行静电复印的方法，其特征在于，包括：(1)微液滴喷头由可程序化控制喷射出水滴撞击具有超疏水表面的材料上，在超疏水表面得到影像图案化的负电图像；(2)将带正电的上色剂喷涂到具有超疏水表面的材料上，得到显影化的静电图像；(3)将带正电的复印纸与具有超疏水表面的材料上正面接触，在10℃-80℃温度下加热1s-1min，得到固化的复印图像。本专利技术的基于表面电荷打印进行静电复印的方法，基于直接复印的原理，根据图像文字深浅通过微液滴喷头由可程序化控制喷射出水滴撞击具有超疏水表面的材料上，依照图像文字深处表面电荷密度大，图像文字浅处表面电荷密度小，从而在超疏水表面得到影像图案化的负电图像。然后通过带正电的上色剂被静电图像吸引使其显影化，通过复印纸定影得到固化的复印图像。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述水滴直径为1um-500μm。优选地，水滴直径为1μm、10μm、100μm、200μm、400μm或500μm。一种基于表面电荷打印进行微纳自组装的方法，其包括以下步骤：将微液滴喷头由可程序化控制喷射出水滴撞击具有超疏水表面的材料上，在其表面形成自定义图案化的表面电荷微阵列，然后将材料置于含纳米颗粒的悬浮液中，静置5s-10min后取出，在材料表面得到纳米颗粒自组装的微阵列。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述水滴直径为1um-500μm。优选地，水滴直径为1μm、10μm、100μm、200μm、400μm或500μm。通过本专利技术的方法产生的表面电荷，采用离子风对打印的表面电荷进行吹扫5s-15s即可去除。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术利用水滴撞击具有超疏水表面材料与之接触使其带电，并通过控制水滴滴落高度和平台移动路径，打印出具有电荷密度梯度的带电路径，其操作简便，设备简单且成本低，整个打印过程无需外接电源，不存在安全隐患。2、本专利技术打印形成的具有电荷密度梯度的带电路径可以用于生物液体的传输，可实现生物液体快速且无损失的液滴转移，对于高价值的生物样品具有重要意义。3、本专利技术的基于表面电荷打印进行静电复印的方法，利用水滴撞击超疏水表面产生表面电荷，其产生表面电荷方法简单便捷、对设备要求低生产成本低，并且其产生的表面电荷通过离子风可轻松去除，具有可擦写性。4、本专利技术的基于表面电荷打印进行微纳自组装的方法，利用水滴撞击超疏水表面产生表面电荷，其产生表面电荷方法简单便捷、无需使用高压设备，则并不存在安全隐患。同时产生的表面电荷易于擦写，可多次改变驻极体图案，从而实现材料的重复多次利用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为实施例14得到的SiO2纳米颗粒自组装的微阵列。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于表面电荷打印制备具有电荷密度梯度的带电路径的方法，其特征在于，其包括以下步骤：将具有超疏水表面的材料置于移动平台上，用液滴针头向所述材料的超疏水表面滴水，同时控制液滴针头的滴落高度和平台移动路径，在材料的超疏水表面打印出具有电荷密度梯度的带电路径。

【技术特征摘要】
1.一种基于表面电荷打印制备具有电荷密度梯度的带电路径的方法，其特征在于，其包括以下步骤：将具有超疏水表面的材料置于移动平台上，用液滴针头向所述材料的超疏水表面滴水，同时控制液滴针头的滴落高度和平台移动路径，在材料的超疏水表面打印出具有电荷密度梯度的带电路径。2.根据权利要求1所述的基于表面电荷打印制备具有电荷密度梯度的带电路径的方法，其特征在于，所述水滴滴落方向与材料表面形成的夹角范围为大于0°且小于90°。3.根据权利要求1所述的基于表面电荷打印制备具有电荷密度梯度的带电路径的方法，其特征在于，所述超疏水表面还包括超双疏水表面。4.根据权利要求1-3任一项所述的基于表面电荷打印制备具有电荷密度梯度的带电路径的方法，其特征在于，所述水滴直径为500μm-10mm。5.根据权利要求1-3任一项所述的基于表面电荷打印制备具有电荷密度梯度的带电路径的方法，其特征在于，所述水滴滴落初速度为0m/s-50m/s。6.一种基于表面电荷打印制备具有电荷密度梯度的带电路径进行生物液体传输的方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的基于表面电荷打印制备具有电荷密度梯度的带电路径的方法，其包括以下步骤：移取生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓旭，孙强强，周昱，
申请(专利权)人：电子科技大学，成都高界科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51