[發明專利]超親水?超疏水圖案化多孔超浸潤界面材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710012911.X
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN106830704A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 許利蘋;韓達;宋永楊;李明;王樹濤
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C03C17/30
• 分類號: C03C17/30
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明涉及特殊浸潤界面技術領域，特別涉及一種超親水-超疏水圖案化多孔超浸潤界面材料的制備方法。

背景技術

表面圖案化技術在許多領域中的應用正在迅速地增長，例如，化學和生物物質微分析、生物芯片、微體積反應器、組合合成、微流控系統等。同時，表面圖案化技術也為小尺寸范圍中所發生的物理、化學和生物現象的研究提供了機會。例如在納米結構中的量子限域、圖案化表面上晶體和細胞的生長以及圖案化表面上的浸潤和去濕現象等。但是，基于特殊浸潤性的超親水-超疏水圖案化技術研究報道較少，且對于超親水-超疏水圖案化界面的應用還有待挖掘。

浸潤性可控的超疏水-超親水圖案化表面因其在化學和生物物質微分析、生物芯片、微流控設備和高通量篩選等方面有良好的應用，近幾年已成為研究熱點，由于浸潤性的極度差異使得此種材料表面可以形成高密度微陣列、微流通道，極大地促進了新型的診斷設備和分析技術的發展。近年來，眾多研究表明，材料的表面特性如微納米結構、表面化學成分等都對生物物質微分析有著很重要的作用，有許多方法通過對材料表面進行修飾從而實現物質分析微圖案化，如軟刻蝕技術、溶膠凝膠法、噴墨印刷法和激光等離子體法等。然而，目前已有的制備物質分析微圖案化的方法具有操作過程復雜、成本高、易受污染等問題。因此，發展低成本、簡單快速地在基底上構筑有仿生結構的微圖案技術，對于發展生物傳感技術、生物分析學有很重要的科學價值。

超疏水多孔聚苯乙烯薄膜是一種疏松多孔的白色薄膜，薄膜由直徑為1～4μm的聚苯乙烯微球組成，孔隙直徑10nm～10μm，薄膜與水的接觸角在150～160°之間，而且苯乙烯價格低廉，易獲得，由于超疏水多孔聚苯乙烯薄膜的特殊浸潤性，使其在沙漠集水、船底涂料、天然氣石油管道內壁以及防水防污處理中都有很廣泛的應用，因此超疏水多孔聚苯乙烯薄膜作為超親水圖案的超疏水基底將會大大擴展其應用范圍。

發明內容

本發明的目的就是克服傳統超親水圖案化微陣列特殊浸潤界面制備繁瑣，成本高等不足之處，提供了一種簡單、成本低廉的制備方法，使用廉價易得的苯乙烯作為實驗原材料，通過光引發，制備出了超親水-超疏水圖案多孔聚苯乙烯薄膜，繼而可以廣泛的應用于檢測、生物芯片、微流控領域、航空領域和工業印染等方面。

一種超親水-超疏水圖案化多孔超浸潤界面材料的制備方法，其特征在于，超親水-超疏水圖案化多孔超浸潤界面材料是一種在超疏水基底上修飾大小、形狀可控的超親水圖案，由超親水層和超疏水層構成，形成了超親水超疏水間隔，對水具有不同超浸潤性的界面，其超疏水層為多孔聚苯乙烯薄膜；

其中超疏水層多孔聚苯乙烯薄膜具體制備步驟為：

步驟一、玻璃片基底用3-(三甲氧基硅烷)丙基甲基丙烯酸酯進行表面官能化修飾；

步驟二、光引發進行苯乙烯聚合；

步驟三、光引發接枝親水聚甲基丙烯酸酯得到具有超疏水-超親水圖案的多孔聚苯乙烯薄膜。

進一步的，步驟一之前，還包括玻璃片表面的預處理：首先分別用去污粉水，乙醇，去離子水使用KQ-300DA型數控超聲波清洗器，在300W的電超聲的功率下將玻璃片超聲10分鐘，然后用N₂吹干后放在1mol/L的NaOH溶液中浸泡1h，用去離子水沖洗去除殘留溶液，用氮氣吹干后放在1mol/L的HCL溶液中浸泡1h，用去離子水沖洗去除殘留溶液，用氮氣吹干。

進一步的，步驟一中官能化溶液的配制：3-(三甲氧基硅烷)丙基甲基丙烯酸酯20vol％的乙醇溶液，乙酸調節溶液pH＝5；步驟二中聚苯乙烯薄膜預聚合物溶液的配制：單體苯乙烯24wt％、交聯劑EDMA 16wt％、成孔劑環己醇20wt％、成孔劑癸醇40wt％、引發劑DMPAP 1wt％(相對于單體)；步驟三中超親水預聚合物溶液的配制：溶劑叔丁醇：去離子水(3:1v/v)、單體AMPS(2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸)15wt％、引發劑二苯甲酮0.25wt％。

進一步的，所述玻璃片基底的大小、形狀，薄膜厚度根據實際需要確定，多孔聚苯乙烯薄膜的孔徑大小也可以通過改變聚苯乙烯薄膜預聚合物溶液中單體苯乙烯、交聯劑EDMA、成孔劑環己醇、癸醇的比例來改變，改變光掩模板的圖案可制備任意形狀的親水圖案。

本發明的有益效果為：

(1)超親水-超疏水圖案多孔聚合物薄膜厚度、形狀、大小可通過改變實驗條件得到控制，改變試劑比例也可改變多孔薄膜的孔徑大小；

(2)改變光掩模板的圖案可制備任意形狀的親水圖案；

(3)制備方法簡單，所使用的原料成本低廉，容易獲得；