微域光热复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术申请提供一种新型的复合材料来制备具有不同吸收光吸收波长的微流控芯片，这种复合材料具有可调节的窄光吸收窗口和很高的光热转换效率，可以有效避免对试样的污染。所述的方法包括使用能够包覆金纳米颗粒的聚合物分子对金纳米颗粒进行表面修饰，然后将金纳米颗粒嵌入二甲基硅氧烷材料中，用金纳米颗粒-二甲基硅氧烷复合材料制备微流控芯片，由此制备得到的微流控芯片，使用的金纳米颗粒的量很少，因而成本可以被显著降低，同时由于加热光斑易于调至微米尺寸，本发明专利技术可以很容易的实现微小尺寸的加热，并且金纳米颗粒的光吸收截面远大于传统吸的收介质，所以同等剂量下，光热转换效率更高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术申请涉及一种加热装置，尤其涉及一种微加热装置，属于微流控芯片

技术介绍
微流控芯片技术(MiCTofluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于 它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。微流控芯片包括白金电阻芯片、压力传感芯片、电化学传感芯片、微/纳米反应器芯片、微流体燃料电池芯片、微/纳米流体过滤芯片等。微流控芯片可以被用来操纵和分析微米尺寸空腔里面的微量流体，从而可以节省原料并加快反应速度。其潜在的应用范围涵盖了从生化分析到药物开发等领域。在实际应用中，微流控芯片上的各个微反应腔通常需要独立的温度控制，另外微米尺度的温度梯度还可以产生热致的毛细驱动力，用来引导微流腔内的流体流动，从而操纵腔内的液滴或气泡。现有的微流控芯片上的温度控制主要是通过电阻加热手段和光学加热手段来实现。对前者而言，电阻元件的集成和必要的电路布线使得微流控芯片制造的复杂度大大增加；此外，由于能提供有效加热的电阻元件一般有毫米大小或更大，亚毫米级的局域温度控制变很难达到。光学加热手段可以方便地实现局部的温度控制，但往往需要辅以强吸光材料；吸光材料的使用常常需要额外的加工工艺，而且这些材料往往容易渗入微流腔内，对样品的光学分析带来干扰。
技术实现思路
本专利技术申请即是针对现有的微流控芯片中的温度控制技术中存在的上述不足之处，提供一种简单实用、可实现在微流控芯片上小范围加热的微加热技术。本专利技术申请使用一种新型的复合材料来制备具有不同吸收光吸收波长的微流控芯片，这种复合材料具有可调节的窄光吸收窗口和很高的光热转换效率，并且可以有效避免对试样的污染。本专利技术申请的一个目的是提供一种微域光热复合材料的制备方法，其包括如下的步骤I、金纳米颗粒的表面修饰在金纳米颗粒浓度为IX 10, 3 X I(TicW)VL的水溶液中加入能够包覆金纳米颗粒的聚合物分子，使得混合溶液中聚合物分子的浓度为O. 8 I. 2X 10_4mOl/L，将溶液静置4 6小时，聚合物分子即可成功包覆到金纳米颗粒的表面，然后将溶液离心，其离心加速度为8500g 9500g，移除上清液后，向沉淀中加入适量的乙醇并进行超声处理，直到溶液澄清并分散开；2、将金纳米颗 粒嵌入二甲基硅氧烷材料将步骤I中得到的包覆聚合物分子的金纳米颗粒的乙醇溶液加入10倍体积的液态二甲基硅氧烷中搅拌均匀，使得包覆聚合物分子的金纳米颗粒浓度为5 9X 10_lclmol/L，将混合溶液进行超声处理，直至混合溶液变为澄清，超声过程中保持温度在10 25°C之间且不可让水滴入样品，此时即可得到均匀分散有金纳米颗粒的二甲基硅氧烷材料；3、用金纳米颗粒-二甲基硅氧烷复合材料制备微流控芯片将二甲基硅氧烷材料聚合剂(PDMS-B)加入到6 10倍体积的嵌入金纳米颗粒的二甲基硅氧烷材料(Au-PDMS-A)中，进行混合搅拌直至均匀，再将混合溶液倾倒在需要的光刻制备好的SU-8胶模上面，经过60 80°C的烘箱烘烤20 60分钟，即可得到成型的微流控芯片。进一步的,所述的能够包覆金纳米颗粒的聚合物包括分子量大于5000g/mol的巯基聚乙二醇(thiol-terminated methoxy poly (ethylene glycol)/mPEG-SH)、分子量为约15000g/mol 的聚烯丙基胺盐酸盐(poly (allylamine hydrochloride)/PAH)、分子量为约15000g/mol 的聚丙烯酸钠(盐)(poly (acrylic acid, sodium salt) /PAA)或聚苯乙烯磺酸钠(poly (sodium 4-styrenesulfonate)/PSS) 进一步的，在步骤I中，加入的乙醇为分析纯的乙醇，乙醇的体积小于或等于离心前金纳米颗粒溶液体积的1/40。进一步的，在步骤I和步骤2中，在进行超声处理的过程中，超声机的中心频率为40000赫兹，超声时间为2 4小时。聚二甲基娃氧烧(Polydimethylsiloxane, PDMS)是一种高分子有机娃化合物,通常被称为有机硅，具有光学透明，且在一般情况下，被认为是惰性、无毒、不易燃的特性。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是广泛使用的以硅为基础的有机聚合物材料，其应用于生物微机电中的微流道系统。本专利技术申请的再一个目的是提供采取上述方法制备得到的微域光热复合材料。本专利技术申请所述的微域光热复合材料，具有以下的优点I、本专利技术申请所述的新型复合材料的光吸收窗口可以从550纳米连续可调到900纳米，可以很好匹配微流控芯片应用于生物及医学实验的要求(生物组织的透明窗口为650到900纳米)，通过调节加热激光的功率和会聚束斑的大小，本专利技术可达到可控的微域光加热，从而在微流控芯片上实现结构简单、成本低廉的温度控制；2、与现有的在微流控芯片上基于电阻加热的技术相比，本专利技术申请所述的方法无需任何复杂制备工艺(如光刻，电子束刻蚀及金属蒸镀等)，而且使用的金纳米颗粒的量很少，因而成本可以被显著降低；同时由于加热光斑易于调至微米尺寸，本专利技术可以很容易实现微小尺寸的加热；3、与现有的基于光加热的技术相比，本专利技术中增强光吸收的金纳米颗粒由于嵌在芯片材料中，不会像传统使用的光吸收增强剂(如染料等)容易扩散至待分析的样液中，因而可以避免传统光吸收增强剂引入的污染；4、金纳米颗粒的光吸收截面远大于传统吸收介质，所以同等剂量下，光热转换效率更高；5、另外，由于金纳米颗粒的光吸收窗口窄并且可调，因而引入金纳米颗粒后，一方面可以避开特定样品(如生物组织)对光的吸收，尽量减少了光对试样的损害，另一方面微流控芯片仍然透明，利于对芯片中样品进行光学分析；6、由于加热光斑大小形状易于调节，本专利技术所提供的光热微流控芯片平台可满足多种需要的局域温度控制。附图说明附图为在嵌有金纳米颗粒的微流腔中进行激光加热的溶液的升温曲线。具体实施例方式以下结合具体的实施方式，对本专利技术申请所述的进行描述，目的是为了公众更好的理解所述的
技术实现思路
，而不是对所述
技术实现思路
的限制，事实上，在以相同或近似的原理对所述复合材料及其制备方法进行的改进，都在本专利技术申请所要求保护的技术方案之内。·实施例一I.巯基聚乙二醇分子对金纳米颗粒表面修饰我们采用市场上可以买到的金纳米颗粒作为原材料(参见www. nanoseedz. com),这些金纳米颗粒是由十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂修饰并分散在水中的，我们在IOmL金纳米颗粒浓度为lXlO.-SXIO.mol/L的水溶液中(其中表面活性剂CTAB的浓度约为5X10_4mol/L)加入巯基聚乙二醇分子，使得溶液中的巯基聚乙二醇分子浓度为1\10_4!1101/1，然后将溶液静置4 6小时，巯基聚乙二醇分子即可成功包覆到金纳米颗粒的表面，此时将溶液离心(离心加速度约为9000g)，移除上清液后，向沉淀加入O. 3mL的乙醇，并超声分散开；2.将金纳米颗粒嵌入二甲基硅氧烷材料(PDMS-A)将第一步得到的包覆有巯基聚乙二醇分子的金纳米颗粒的乙醇溶液O. 3mL加入3g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微域光热复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下的步骤：1)金纳米颗粒的表面修饰：在金纳米颗粒浓度为1×10?10～3×10?10mol/L的水溶液中加入能够包覆金纳米颗粒的聚合物分子，使得混合溶液中聚合物分子的浓度为0.8～1.2×10?4mol/L，将溶液静置4～6小时，聚合物分子即可成功包覆到金纳米颗粒的表面，然后将溶液离心，其离心加速度为8500g～9500g，移除上清液后，向沉淀中加入适量的乙醇并进行超声处理，直到溶液澄清并分散开；2)将金纳米颗粒嵌入二甲基硅氧烷材料：将步骤1)中得到的包覆聚合物分子的金纳米颗粒的乙醇溶液加入10倍体积的液态二甲基硅氧烷中搅拌均匀，使得包覆聚合物分子的金纳米颗粒浓度为5～9×10?10mol/L，将混合溶液进行超声处理，直至混合溶液变为澄清，超声过程中保持温度在10～25℃之间且不可让水滴入样品，此时即可得到均匀分散有金纳米颗粒的二甲基硅氧烷材料；3)用金纳米颗粒?二甲基硅氧烷复合材料制备微流控芯片：将二甲基硅氧烷材料聚合剂(PDMS?B)加入到6～10倍体积的嵌入金纳米颗粒的二甲基硅氧烷材料(Au?PDMS?A)中，进行混合搅拌直至均匀，再将混合溶液倾倒在需要的光刻制备好的SU?8胶模上面，经过60～80℃的烘箱烘烤20～60分钟，即可得到成型的微流控芯片。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邵磊，房彩虹，王建方，
申请(专利权)人：纳米籽有限公司，
类型：发明
国别省市：