基于微流体的液晶微滴水凝胶纤维生物传感器的制备方法技术

本发明专利技术涉及生物传感器制备技术领域，公开了基于微流体的液晶微滴水凝胶纤维生物传感器的制备方法，包括：1)芯片制备；2)液晶微滴的制备，利用流动聚焦微通道，将向列型液晶小分子作为分散相、双亲性高分子水溶液作为连续相，连续相的浓度为2

【技术实现步骤摘要】
基于微流体的液晶微滴水凝胶纤维生物传感器的制备方法


[0001]本专利技术涉及生物传感器的制备
，具体涉及基于微流体的液晶微滴水凝胶纤维生物传感器的制备方法。

技术介绍

[0002]向列型液晶(以下简称液晶)是一种对外界刺激响应非常灵敏的软材料，可在界面受到微小扰动时产生分子取向变化。借助液晶的双折射特性，可通过偏振光将这一取向变化转换为宏观可见的光学信号，这种处理方式因无需标记、光路及检测设备简单、易于集成等特点，使液晶在生物传感器领域受到越来越多的关注。特别是液晶液滴，也可称为液晶微滴，由于比表面积大，结构可设计性强等特点被广泛作为光学探针应用于生物传感器的研究中。
[0003]目前液晶液滴光学探针的制备通常采用超声分散法和机械搅拌法来实现，由于这两种方法难以精确控制液晶液滴光学探针的尺寸及运动，使得所制备的液晶液滴光学探针在检测结果的一致性、重复性等方面还存在较多的问题，且也正由于液晶液滴的运动不可控，难以利用液晶液滴实现对待测物的实时检测。
[0004]微流体技术由于液体微环境可控、功能灵活多样，为制备尺寸单分散液的液晶液滴提供了一种很好的解决方案。目前利用液滴微流控技术加工十字流动聚焦微通道成功制备了尺寸单分散的液晶液滴，并被利用于葡萄糖和蛋白质等的检测中。但是采用微流体技术制备液晶液滴时，液晶液滴的流动性仍然无法控制，这也限制了液晶液滴对待测物的实时监测效果。为解决该问题，虽然目前也有利用微加工技术加工液滴捕获微结构来实现对单分散液晶液滴的捕获，但是其加工工艺相对繁琐。
[0005]因此，寻找一种简单的且能够限制液晶液滴运动的方法对于构建高灵敏液晶液滴光学探针以实现对待测物的快速、准确检测十分重要。

技术实现思路

[0006]本专利技术意在提供一种基于微流体的液晶微滴水凝胶纤维生物传感器的制备方法，该方法操作简单，且使得液晶微滴的运动可控，从而避免了监测中环境流动等因素对传感器监测性能的影响，实现对待检测物的实时在线监测。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案，基于微流体的液晶微滴水凝胶纤维生物传感器的制备方法，包括以下操作步骤：
[0008]1)芯片制备，采用软光刻技术制备含有流动聚焦微结构的芯片；
[0009]2)液晶微滴的制备，利用流动聚焦微结构上的微通道，将向列型液晶小分子作为分散相、双亲性高分子水溶液作为连续相，连续相的浓度为2
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3wt％，并利用注射泵调控分散相和连续相的流速,使流动聚焦微通道内生成液晶微滴；
[0010]3)液晶微滴水凝胶纤维的制备，选择浓度大于或等于1wt％的凝胶剂，将凝胶剂置于流动聚焦微通道的出口处，凝胶剂与从流动聚焦微通道的出口流出的液晶微滴接触并形
成液晶微滴水凝胶纤维；
[0011]4)液晶微滴水凝胶纤维生物传感器的制备，将步骤3)生成的液晶微滴水凝胶纤维进行冲洗，然后将液晶微滴水凝胶纤维置于表面活性剂水溶液中，待液晶微滴水凝胶纤维中的液晶微滴全部从“双极型”变为“十字型”时，取出液晶微滴水凝胶纤维并冲洗掉多余的表面活性剂物质，即制得液晶微滴水凝胶纤维生物传感器。
[0012]本方案的原理及优点是：
[0013]本申请中的“双极型”是指液晶分子平行于液晶微滴表面排列，液滴两极存在两个点缺陷，在偏光场下为“球状”构型，而“十字型”是指液晶分子垂直于液晶微滴表面排列，在液滴中心存在一个点缺陷，在偏光显微镜下为“十字”构型。
[0014]在生物传感器领域，液晶微滴生物传感器的应用较为普遍，但液晶微滴生物传感器的监测使用效果始终差强人意，限制了传感器对待测物的实时监测，这主要是与在传感器的制备过程中液晶微滴的运动不可控有关，因此如何现对液晶微滴的运动可控，成为保证传感器监测性能的关键要点。
[0015]契机之下，专利技术人偶然发现，水凝胶是一类具有三维网络结构的聚合物，其网络可以含有大量的水溶液而不溶解，那么采用将液晶微滴嵌入到水凝胶纤维中的方式来制备生物传感器，是否可以有效解决液晶微滴运动不可控的问题呢？随后，专利技术人对此进行了长期多次的反复实验，且成功验证了上述猜想，并获得了一种将液晶微滴嵌入到水凝胶纤维中来制成液晶微滴水凝胶纤维生物传感器的方法，亦即本方案；在本方法中，液晶微滴与水凝胶嵌合时，通过控制连续相和凝胶剂的浓度在特定范围内，使液晶微滴在流动聚焦微通道内随着连续相溶液流动，并从流动聚焦微通道的出口流出时，连续相与流动聚焦微通道出口处的凝胶剂接触、反应并生成水凝胶，过程中将与连续相一起从芯片内流出的液晶微滴直接嵌入水凝胶内，以生成液晶微滴水凝胶纤维。
[0016]采用这种液晶微滴嵌合水凝胶的方式来制作生物传感器，不但操作简单，而且能够同时实现对液晶微滴运动的有效约束，且采用这种方式制作传感器，相较于传统的通过光固化等方式将液晶微滴限制在固化了的微胶囊中从而限制液晶微滴运动的方式，水凝胶网络中的液晶微滴仍然可以与外界水溶液中的分子进行相互作用，从而实现其对水溶液中生物分子的传感检测，而不会影响液晶微滴的生物传感检测性能，进而保证液晶微滴水凝胶纤维生物传感器的实时监测效果。
[0017]同时，专利技术人进一步的实验发现，在以液晶微滴嵌入至水凝胶中的这种方式来制作生物传感器的过程中，想要成功嵌合液晶微滴和水凝胶，其中对连续相和凝胶剂的浓度选择十分关键，这也是液晶微滴与水凝胶嵌合处理技术的研究难点和重点。针对该研究要点，专利技术人经反复实验发现，其中连续相的浓度需要控制在2
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3wt％，凝胶剂的浓度需要控制在1wt％或以上，如此才能进一步保证液晶微滴与水凝胶的较好嵌合和保证对液晶微滴运动的较好约束与控制。当连续相的浓度超过3wt％时，连续相在流动聚焦微通道中不易流动且造成芯片内部压力过大，将会对芯片中分散相的流出造成一定阻碍，导致无液晶微滴水凝胶纤维生成；当连续相的浓度低于2wt％时，连续相与凝胶剂接触时交联的密度较低，又将导致形成的水凝胶纤维难以对液晶微滴进行有效的运动限制和束缚。此外，就凝胶剂而言，当凝胶剂的浓度较低且低于1wt％时，将会导致水凝胶网络的交联密度较低，如此将导致生成的水凝胶纤维难以实现对液晶微滴的有效束缚，这将影响对嵌合在水凝胶中的液
晶微滴的运动控制效果，进一步影响传感器的实时监测效果。
[0018]因此，采用本方案中的基于微流体的液晶微滴水凝胶纤维生物传感器的制备方法来制备生物传感器，操作时，仅需要使连续相流出芯片并与芯片外部的凝胶剂接触反应即可对从芯片中流出的液晶微滴进行嵌合和进一步实现对液晶微滴运动的控制，不仅传感器制备操作步骤十分简单，且连续相与凝胶剂的凝胶速度较快，能够达到快速凝胶并将液晶微滴有效嵌入的效果，因而能够快速有效的实现对液晶微滴的运动控制，进而有利于提高生物传感器的传感性能。
[0019]优选的，作为一种改进，分散相的流速保持在10μL/h
‑
80μL/h，连续相的流速保持在40μL/h
‑
900μL/h。
[0020]专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于微流体的液晶微滴水凝胶纤维生物传感器的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：1)芯片制备，采用软光刻技术制备含有流动聚焦微结构的芯片；2)液晶微滴的制备，利用流动聚焦微结构上的微通道，将向列型液晶小分子作为分散相、双亲性高分子水溶液作为连续相，连续相的浓度为2
‑
3wt％，并利用注射泵调控分散相和连续相的流速,使流动聚焦微通道内生成液晶微滴；3)液晶微滴水凝胶纤维的制备，选择浓度大于或等于1wt％的凝胶剂，将凝胶剂置于流动聚焦微通道的出口处，凝胶剂与从流动聚焦微通道的出口流出的液晶微滴接触并形成液晶微滴水凝胶纤维；4)液晶微滴水凝胶纤维生物传感器的制备，将步骤3)生成的液晶微滴水凝胶纤维进行冲洗，然后将液晶微滴水凝胶纤维置于表面活性剂水溶液中，待液晶微滴水凝胶纤维中的液晶微滴全部从“双极型”变为“十字型”时，取出液晶微滴水凝胶纤维并冲洗掉多余的表面活性剂物质，即制得液晶微滴水凝胶纤维生物传感器。2.根据权利要求1所述的基于微流体的液晶微滴水凝胶纤维生物传感器的制备方法，其特征在于，分散相的流速保持在10μL/h
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80μL/h，连续相的流速保持在40μL/h
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900μL/h。3.根据权利要求2所述的基于微流体的液晶微滴水凝胶纤维生物传感器的制备方法，其特征在于，所述连续相的流速为200μL/h,所述分散相...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓吉楠，韩丹丹，蒋莉，黄润清，杨军，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：