本发明专利技术公开了一种基于微流控芯片的光子晶体反蛋白石膜制备装置及方法，该装置包括盖板、键合层和底板；键合层位于盖板和底板之间并将盖板和底板连接为整体结构，盖板开设有加液孔A和加液孔B，键合层开设有贯通孔A和贯通孔B，底板开设有储液槽A和储液槽B，加液孔A、储液槽A及贯通孔A彼此连通，加液孔B、储液槽B及贯通孔B彼此连通；键合层设置有容纳腔，容纳腔为自组装区，其顶部为开口端并与外界空气连通；键合层还设有由流道A、流道B及流道C组成的三通流道结构。利用该装置制备光子晶体反蛋白石膜，具有成形质量高、速度快、成本低等优点，此外，还能够消除因模板干燥、煅烧等过程产生裂纹等问题，可制备出高性能产品。可制备出高性能产品。可制备出高性能产品。
【技术实现步骤摘要】
基于微流控芯片的光子晶体反蛋白石膜制备装置及方法
[0001]本专利技术属于光子晶体反蛋白石膜的制备
，具体涉及一种基于微流控芯片的光子晶体反蛋白石膜制备装置及方法。
技术介绍
[0002]光子晶体是由周期性调制的介质材料组成的一种具有光子禁带特性的光子纳米材料。在光子禁带中具有特定波长或频率的光被禁止通过光子晶体传播。随着光子晶体薄膜作为光子材料和结构色彩物质的应用越来越广泛，如光子墨水系统、光子橡胶片和晶体激光器、生物/化学传感器和仿生材料等，人们对胶体晶体薄膜的兴趣不断增加，发展光子晶体薄膜的制备技术成为了一项重要的课题。
[0003]以光子晶体为模板，通过填充介质制成有着同样优异的光学特性的多孔结构被称为光子晶体反蛋白石。其中，水凝胶作为反蛋白石材料应用较为广泛。光子晶体模板的制备是其反蛋白石结构制备的前提，光子晶体一般采用“自下而上”的自组装方法制备，自组装方法是一种简单、经济、有效的方法，它是一种胶体组织自发形成有序排列的过程，是利用亚微米球体的胶体或悬浮液通过自组装过程来制备蛋白石类光子晶体。
[0004]常见的薄膜自组装制备方法中，以提拉法、旋涂法、重力法、自然蒸发法为代表的方法，难以较快地蒸发溶剂，所制备的薄膜成形时间较长，如载玻片大小的薄膜成形一般需要十几个小时甚至几天。另外，在制备过程中，这类方法易受环境温度、湿度、胶体浓度等因素的影响，在较长的成形周期下的薄膜往往膜厚不均匀且质量参差不齐；离心法、电泳沉积法等自组装法可缩短薄膜的成形时间，但其需要额外的驱动力，制备系统往往相对复杂。因此，开发一种成形质量高、速度快、成本低的光子晶体薄膜制备方案是该领域的一大挑战。
[0005]反蛋白石材料填充之前，一般需要将光子晶体薄膜模板完全烘干。研究表明，光子晶体干燥阶段，在刚性衬底约束下，胶体颗粒的干燥诱导收缩产生毛细应力，从而导致裂缝的形成。另外，有时在转移和煅烧过程中也会形成裂纹。这些无疑会降低反蛋白石结构的质量。可见，如何能有效避免模板组装至反蛋白石材料填充过程中导致的裂纹是反蛋白石薄膜制备技术中的关键问题。
技术实现思路
[0006]微流控芯片是通过截面尺寸为数十至数百微米的微通道对小体积流体的操纵和控制，并利用不同的微通道结构实现不同的功能一种装置，基于微流控系统的光子晶体膜自组装制备技术是一种新型且高效的方法。本专利技术的目的是提供一种基于微流控芯片的光子晶体反蛋白石膜制备装置及方法，通过其制备的光子晶体反蛋白石膜，具有成形质量高、速度快、成本低等优点，且消除了模板干燥、煅烧等过程产生的裂纹，为光子晶体反蛋白石膜的研究提供了一个高性能平台。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]本专利技术的第一个方面的提供一种基于微流控芯片的光子晶体反蛋白石膜制备装
置，包括盖板、键合层和底板；键合层位于盖板和底板之间，并将盖板和底板连接为整体结构；盖板开设有加液孔A和加液孔B，键合层开设有贯通孔A和贯通孔B，底板朝向键合层的一侧侧壁上开设有储液槽A和储液槽B，加液孔A、储液槽A及贯通孔A彼此连通，加液孔B、储液槽B及贯通孔B彼此连通；键合层还设有自组装区，自组装区为位于贯通孔A和贯通孔B之间容纳腔，容纳腔的顶部是与外界空气连通的开口端；键合层还设有流道A、流道B及流道C；流道C为竖直方向并与容纳腔的底部连通；流道A连接贯通孔A和流道C，且流道A靠近流道C的一端与流道C之间形成的夹角为锐角；流道B连接贯通孔B和流道C，且流道B靠近流道C的一端与流道C之间形成的夹角为钝角。优选的，流道A、流道B及流道C的宽度为50
‑
200μm。
[0009]作为优选的技术方案，键合层在容纳腔的开口端两侧设有辅助蒸发区，辅助蒸发区具有与容纳腔连通的腔室，辅助蒸发区中腔室的设置可增加容纳腔内液体与外界空气的接触面积，提高溶剂的蒸发速度，缩短光子晶体膜的制备周期。
[0010]作为优选的技术方案，盖板、底板的材质分别独立的选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷或聚苯乙烯等高分子聚合物材料的一种；键合层的材质为压敏双面胶，压敏双面胶可实现常温下微流控芯片的键合，且键合稳定、成本低；压敏双面胶的厚度为10μm～100μm，以保证自组装区产生足够的毛细力将胶体乳液完全吸入容纳腔内，容纳腔的面积为0.1
‑
5cm2。
[0011]本专利技术的第二个方面是提供一种基于微流控芯片的光子晶体反蛋白石膜制备方法，其是利用如上述第一个方面中所述的光子晶体膜制备装置完成的，包括以下步骤：
[0012]采用等离子处理对光子晶体膜制备装置进行亲水处理，以增强流体芯片管道内部的毛细力。将过量体积含有二氧化硅单分散纳米微球的胶体乳液从加液孔A加入储液槽A中，胶体乳液在毛细力的作用下进入流道A，进入流道A中的胶体乳液一部分进入流道B，另一部分进行流道C，进入流道B中的胶体乳液在流道B与储液槽B连接处停止，进入流道C中的胶体乳液填充进入容纳腔中形成胶体液膜，然后用带微孔胶带盖住加液孔A，以保证储液槽A内的气压平衡且从微孔的蒸发可以忽略。加液孔B用胶带密封，避免乳液从此处蒸发；以容纳腔的开口端朝上，将光子晶体反蛋白石膜制备装置放置于恒温温度为40～80℃烘箱内，使胶体液膜中的溶剂蒸发，同时单分散纳米微球进行自组装，获得光子晶体膜模板；除去加液孔A及加液孔B上的胶带，用胶带将加液孔A密封，从而通过气压将储液槽A及流道A内的乳液运行停滞。将前驱体溶液从加液孔B加入储液槽B内，前驱体溶液与流道B连通，用带孔胶带盖住加液孔B，以保证储液槽B内的气压平衡且从微孔的蒸发可以忽略；自组装区内溶剂在开口端持续蒸发，毛细力将储液槽B内前驱体溶液通过流道B、流道C吸入自组装区内。由于前驱体溶液密度比胶体乳液大，且流道B和流道C的夹角为钝角，可使得前驱体溶液在由低到高的流动中减少与流道B中胶体乳液的混合，而流道A和流道C的夹角为锐角，可防止前驱体溶液进入流道A中。自组装区内溶剂完全蒸发之后，前驱体溶液被毛细力牵引填充光子晶体膜模板；采用紫外灯对前驱体溶液进行照射以使其固化，固化完成后用氢氟酸溶液除去模板，获得光子晶体反蛋白石膜。
[0013]作为优选的技术方案，含有二氧化硅单分散纳米微球的胶体乳液通过以下方法制备得到：将二氧化硅纳米微球加入溶剂中稀释，超声分散即形成较稳定的胶体乳液；进一步优选的，二氧化硅纳米微球的直径为180～500nm；溶剂为乙醇与水组成的混合溶剂，乙醇与水的体积比为1:1～1:5；胶体乳液中二氧化硅纳米微球的质量百分数为5％～10％。将胶体
乳液加入储液槽A前在温度为40～80℃的恒温烘箱内预热5～10min，以除去溶剂中的气体，减少自组装过程中气泡的出现；加入至储液槽A的胶体乳液体积为200～500μl。
[0014]作为优选的技术方案，前驱体通过以下方法制备得到：前驱体溶液为含有亲水高分子材料、光引发剂的水溶液；进一步优选的，亲水高分子材料为聚乙二醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸等水凝胶溶液中的至少一种；亲水高分子材料的含量为2本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于微流控芯片的光子晶体反蛋白石膜制备装置，其特征在于：包括盖板、键合层和底板；所述键合层位于盖板和底板之间，并将盖板和底板连接为整体结构；所述盖板开设有加液孔A和加液孔B，所述键合层开设有贯通孔A和贯通孔B，所述底板朝向键合层的一侧侧壁上开设有储液槽A和储液槽B，所述加液孔A、储液槽A及贯通孔A彼此连通，所述加液孔B、储液槽B及贯通孔B彼此连通；所述键合层设置有容纳腔，所述容纳腔位于贯通孔A和贯通孔B之间，所述容纳腔为自组装区，其顶部为开口端并与外界空气连通；所述键合层还设有流道A、流道B及流道C；所述流道C为竖直方向并与容纳腔的底部连通；所述流道A连接贯通孔A和流道C，且流道A靠近流道C的一端与流道C之间形成的夹角为锐角；所述流道B连接贯通孔B和流道C，且流道B靠近流道C的一端与流道C之间形成的夹角为钝角。2.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的光子晶体反蛋白石膜制备装置，其特征在于：所述键合层在容纳腔的顶部两侧设有辅助蒸发区，所述辅助蒸发区具有与容纳腔连通的腔室。3.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的光子晶体反蛋白石膜制备装置，其特征在于：所述盖板、底板的材质分别独立的选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷或聚苯乙烯；所述键合层的材质为压敏双面胶，所述压敏双面胶的厚度为10μm～100μm。4.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的光子晶体反蛋白石膜制备装置，其特征在于：所述流道A、流道B及流道C的宽度为50～200μm。5.一种基于微流控芯片的光子晶体反蛋白石膜制备方法，其特征在于：其是利用如权利要求1至4中任一项所述的光子晶体反蛋白石膜制备装置完成的，包括以下步骤：对光子晶体反蛋白石膜制备装置进行亲水处理，将含有二氧化硅单分散纳米微球的胶体乳液从加液孔A加入储液槽A中，胶体乳液在毛细力的作用下进入流道A，进入流道A中的胶体乳液一部分进入流道B，另一部分进行流道C，进...
【专利技术属性】
技术研发人员：尤晖，代鹏，苏文云，咸兆坤，郑朝文，邢栋，杨斐，骆文深，方小华，汤盛昌，蔡勇超，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：
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