微域光熱復合材料及其制備方法技術

本發明專利技術申請提供一種新型的復合材料來制備具有不同吸收光吸收波長的微流控芯片，這種復合材料具有可調節的窄光吸收窗口和很高的光熱轉換效率，可以有效避免對試樣的污染。所述的方法包括使用能夠包覆金納米顆粒的聚合物分子對金納米顆粒進行表面修飾，然后將金納米顆粒嵌入二甲基硅氧烷材料中，用金納米顆粒-二甲基硅氧烷復合材料制備微流控芯片，由此制備得到的微流控芯片，使用的金納米顆粒的量很少，因而成本可以被顯著降低，同時由于加熱光斑易于調至微米尺寸，本發明專利技術可以很容易的實現微小尺寸的加熱，并且金納米顆粒的光吸收截面遠大于傳統吸的收介質，所以同等劑量下，光熱轉換效率更高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術申請涉及一種加熱裝置，尤其涉及一種微加熱裝置，屬于微流控芯片

技術介紹
微流控芯片技術(MiCTofluidics)是把生物、化學、醫學分析過程的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動完成分析全過程。由于 它在生物、化學、醫學等領域的巨大潛力，已經發展成為一個生物、化學、醫學、流體、電子、材料、機械等學科交叉的嶄新研究領域。微流控芯片包括白金電阻芯片、壓力傳感芯片、電化學傳感芯片、微/納米反應器芯片、微流體燃料電池芯片、微/納米流體過濾芯片等。微流控芯片可以被用來操縱和分析微米尺寸空腔里面的微量流體，從而可以節省原料并加快反應速度。其潛在的應用范圍涵蓋了從生化分析到藥物開發等領域。在實際應用中，微流控芯片上的各個微反應腔通常需要獨立的溫度控制，另外微米尺度的溫度梯度還可以產生熱致的毛細驅動力，用來引導微流腔內的流體流動，從而操縱腔內的液滴或氣泡。現有的微流控芯片上的溫度控制主要是通過電阻加熱手段和光學加熱手段來實現。對前者而言，電阻元件的集成和必要的電路布線使得微流控芯片制造的復雜度大大增加；此外，由于能提供有效加熱的電阻元件一般有毫米大小或更大，亞毫米級的局域溫度控制變很難達到。光學加熱手段可以方便地實現局部的溫度控制，但往往需要輔以強吸光材料；吸光材料的使用常常需要額外的加工工藝，而且這些材料往往容易滲入微流腔內，對樣品的光學分析帶來干擾。
技術實現思路
本專利技術申請即是針對現有的微流控芯片中的溫度控制技術中存在的上述不足之處，提供一種簡單實用、可實現在微流控芯片上小范圍加熱的微加熱技術。本專利技術申請使用一種新型的復合材料來制備具有不同吸收光吸收波長的微流控芯片，這種復合材料具有可調節的窄光吸收窗口和很高的光熱轉換效率，并且可以有效避免對試樣的污染。本專利技術申請的一個目的是提供一種微域光熱復合材料的制備方法，其包括如下的步驟I、金納米顆粒的表面修飾在金納米顆粒濃度為IX 10, 3 X I(TicW)VL的水溶液中加入能夠包覆金納米顆粒的聚合物分子，使得混合溶液中聚合物分子的濃度為O. 8 I. 2X 10_4mOl/L，將溶液靜置4 6小時，聚合物分子即可成功包覆到金納米顆粒的表面，然后將溶液離心，其離心加速度為8500g 9500g，移除上清液后，向沉淀中加入適量的乙醇并進行超聲處理，直到溶液澄清并分散開；2、將金納米顆 粒嵌入二甲基硅氧烷材料將步驟I中得到的包覆聚合物分子的金納米顆粒的乙醇溶液加入10倍體積的液態二甲基硅氧烷中攪拌均勻，使得包覆聚合物分子的金納米顆粒濃度為5 9X 10_lclmol/L，將混合溶液進行超聲處理，直至混合溶液變為澄清，超聲過程中保持溫度在10 25°C之間且不可讓水滴入樣品，此時即可得到均勻分散有金納米顆粒的二甲基硅氧烷材料；3、用金納米顆粒-二甲基硅氧烷復合材料制備微流控芯片將二甲基硅氧烷材料聚合劑(PDMS-B)加入到6 10倍體積的嵌入金納米顆粒的二甲基硅氧烷材料(Au-PDMS-A)中，進行混合攪拌直至均勻，再將混合溶液傾倒在需要的光刻制備好的SU-8膠模上面，經過60 80°C的烘箱烘烤20 60分鐘，即可得到成型的微流控芯片。進一步的,所述的能夠包覆金納米顆粒的聚合物包括分子量大于5000g/mol的巰基聚乙二醇(thiol-terminated methoxy poly (ethylene glycol)/mPEG-SH)、分子量為約15000g/mol 的聚烯丙基胺鹽酸鹽(poly (allylamine hydrochloride)/PAH)、分子量為約15000g/mol 的聚丙烯酸鈉(鹽)(poly (acrylic acid, sodium salt) /PAA)或聚苯乙烯磺酸鈉(poly (sodium 4-styrenesulfonate)/PSS) 進一步的，在步驟I中，加入的乙醇為分析純的乙醇，乙醇的體積小于或等于離心前金納米顆粒溶液體積的1/40。進一步的，在步驟I和步驟2中，在進行超聲處理的過程中，超聲機的中心頻率為40000赫茲，超聲時間為2 4小時。聚二甲基娃氧燒(Polydimethylsiloxane, PDMS)是一種高分子有機娃化合物,通常被稱為有機硅，具有光學透明，且在一般情況下，被認為是惰性、無毒、不易燃的特性。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是廣泛使用的以硅為基礎的有機聚合物材料，其應用于生物微機電中的微流道系統。本專利技術申請的再一個目的是提供采取上述方法制備得到的微域光熱復合材料。本專利技術申請所述的微域光熱復合材料，具有以下的優點I、本專利技術申請所述的新型復合材料的光吸收窗口可以從550納米連續可調到900納米，可以很好匹配微流控芯片應用于生物及醫學實驗的要求(生物組織的透明窗口為650到900納米)，通過調節加熱激光的功率和會聚束斑的大小，本專利技術可達到可控的微域光加熱，從而在微流控芯片上實現結構簡單、成本低廉的溫度控制；2、與現有的在微流控芯片上基于電阻加熱的技術相比，本專利技術申請所述的方法無需任何復雜制備工藝(如光刻，電子束刻蝕及金屬蒸鍍等)，而且使用的金納米顆粒的量很少，因而成本可以被顯著降低；同時由于加熱光斑易于調至微米尺寸，本專利技術可以很容易實現微小尺寸的加熱；3、與現有的基于光加熱的技術相比，本專利技術中增強光吸收的金納米顆粒由于嵌在芯片材料中，不會像傳統使用的光吸收增強劑(如染料等)容易擴散至待分析的樣液中，因而可以避免傳統光吸收增強劑引入的污染；4、金納米顆粒的光吸收截面遠大于傳統吸收介質，所以同等劑量下，光熱轉換效率更高；5、另外，由于金納米顆粒的光吸收窗口窄并且可調，因而引入金納米顆粒后，一方面可以避開特定樣品(如生物組織)對光的吸收，盡量減少了光對試樣的損害，另一方面微流控芯片仍然透明，利于對芯片中樣品進行光學分析；6、由于加熱光斑大小形狀易于調節，本專利技術所提供的光熱微流控芯片平臺可滿足多種需要的局域溫度控制。附圖說明附圖為在嵌有金納米顆粒的微流腔中進行激光加熱的溶液的升溫曲線。具體實施例方式以下結合具體的實施方式，對本專利技術申請所述的進行描述，目的是為了公眾更好的理解所述的
技術實現思路
，而不是對所述
技術實現思路
的限制，事實上，在以相同或近似的原理對所述復合材料及其制備方法進行的改進，都在本專利技術申請所要求保護的技術方案之內。·實施例一I.巰基聚乙二醇分子對金納米顆粒表面修飾我們采用市場上可以買到的金納米顆粒作為原材料(參見www. nanoseedz. com),這些金納米顆粒是由十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為表面活性劑修飾并分散在水中的，我們在IOmL金納米顆粒濃度為lXlO.-SXIO.mol/L的水溶液中(其中表面活性劑CTAB的濃度約為5X10_4mol/L)加入巰基聚乙二醇分子，使得溶液中的巰基聚乙二醇分子濃度為1\10_4!1101/1，然后將溶液靜置4 6小時，巰基聚乙二醇分子即可成功包覆到金納米顆粒的表面，此時將溶液離心(離心加速度約為9000g)，移除上清液后，向沉淀加入O. 3mL的乙醇，并超聲分散開；2.將金納米顆粒嵌入二甲基硅氧烷材料(PDMS-A)將第一步得到的包覆有巰基聚乙二醇分子的金納米顆粒的乙醇溶液O. 3mL加入3g本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種微域光熱復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下的步驟：1)金納米顆粒的表面修飾：在金納米顆粒濃度為1×10?10～3×10?10mol/L的水溶液中加入能夠包覆金納米顆粒的聚合物分子，使得混合溶液中聚合物分子的濃度為0.8～1.2×10?4mol/L，將溶液靜置4～6小時，聚合物分子即可成功包覆到金納米顆粒的表面，然后將溶液離心，其離心加速度為8500g～9500g，移除上清液后，向沉淀中加入適量的乙醇并進行超聲處理，直到溶液澄清并分散開；2)將金納米顆粒嵌入二甲基硅氧烷材料：將步驟1)中得到的包覆聚合物分子的金納米顆粒的乙醇溶液加入10倍體積的液態二甲基硅氧烷中攪拌均勻，使得包覆聚合物分子的金納米顆粒濃度為5～9×10?10mol/L，將混合溶液進行超聲處理，直至混合溶液變為澄清，超聲過程中保持溫度在10～25℃之間且不可讓水滴入樣品，此時即可得到均勻分散有金納米顆粒的二甲基硅氧烷材料；3)用金納米顆粒?二甲基硅氧烷復合材料制備微流控芯片：將二甲基硅氧烷材料聚合劑(PDMS?B)加入到6～10倍體積的嵌入金納米顆粒的二甲基硅氧烷材料(Au?PDMS?A)中，進行混合攪拌直至均勻，再將混合溶液傾倒在需要的光刻制備好的SU?8膠模上面，經過60～80℃的烘箱烘烤20～60分鐘，即可得到成型的微流控芯片。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：邵磊，房彩虹，王建方，
申請(專利權)人：納米籽有限公司，
類型：發明
國別省市：