[發明專利]一種響應性結構色微管道的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202110811281.9
• 申請日: 2021-07-16
• 公開（公告）號: CN113856776B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 趙遠錦;商逸璇;楊玉志;張大淦;王月桐
• 申請（專利權）人: 南京鼓樓醫院
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;C08J3/075;C08F120/54;C08K3/04;C08L33/24;C08F220/54;C08F222/38
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 王楠

本發明提供一種響應性結構色微管道的制備方法及應用，該方法利用垂直沉積法，得到管狀膠體晶體模板，在管狀膠體晶體模板中插入玻璃棒，在兩者間的空隙中注入水凝膠前聚液，固化后移去模板，經還原反應后得到響應性結構色微管道。本發明所制備的響應性結構色微管道在一定刺激下可發生形狀變化，可應用于微流控系統中，用于操控流體流速和流向，繼承了膠體晶體模板的周期性微觀結構，在發生形變時具有直觀的結構色變化，提供了實時可視化的傳感分析功能。本發明基于響應性水凝膠的結構色微管道具有制備方法簡單、操作方便、生產成本低等優點，實用性強。

技術領域

本發明屬于生物材料技術領域，具體涉及一種響應性結構色微管道的制備方法及應用。

背景技術

在微流控系統中，通過控制流體的流速或流向可以實現多種多樣的功能。常用的控制方式是使用外部驅動器或通道閥如磁閥、電動閥、壓電閥、氣動閥和熱閥等。刺激響應性水凝膠也被開發設計成智能閥門。當水凝膠被固定在微流控通道中，通過一定刺激可以改變水凝膠的體積從而控制通道尺寸和通道開關，與其他閥門相比操控方法簡單、可重復性好。

傳統的刺激響應性水凝膠微閥應用于微流控系統中，只能單獨地控制流體流速或流向，對于多參數的綜合操控技術要求高。另外，流體控制過程中的實時報告對于傳統的刺激響應性水凝膠也是一項挑戰，限制了它的應用。

石墨烯是具有單層二維蜂窩狀晶格結構的新材料，具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景。石墨烯及其衍生物都具有光響應性，可以有效地吸收近紅外光的能量并產生熱效應。另一方面，受自然界生物的啟發，結構色材料已通過使用各種無機、聚合物和雜化成分得到廣泛的制造和研究。其中，結構色水凝膠通常源自具有周期性反蛋白石結構的智能聚合物，可以強烈調制電磁波并操縱光子在其光子帶隙中的傳播，從而提高其結構顏色的可調節性。因此，當這些智能水凝膠可以在不同的刺激下改變其體積或形狀時，其結構色也會發生規律的變化。因此，本發明將石墨烯與結構色水凝膠結合，設計發明了一種自報告的響應性微管道，可用于控制流體流速、流向和傳感分析。

發明內容

本發明的第一目的是針對現有技術的不足，提供一種響應性結構色微管道的制備方法，以解決傳統微流控裝置缺乏多參數的綜合操控、無法實時報告的缺點；

本發明的第二目的是提供一種響應性結構色微管道的制備方法的應用。

本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種響應性結構色微管道，所述微管道水凝膠管表面有周期排列的孔洞結構，管體為摻有石墨烯的刺激響應性水凝膠，其制備方法包括以下步驟：

S1、管狀膠體晶體模板的制備：配置膠體晶體分散液，利用毛細管通過垂直沉積法得到具有結構色的管狀膠體晶體模板，可通過調節膠體晶體粒子的粒徑、毛細管尺寸，獲得具有不同結構色、尺寸的管狀膠體晶體模板；

S2、配置水凝膠前聚液：將氧化石墨烯與水凝膠溶液混合，得到水凝膠前聚液；

S3、響應性結構色微管道的制備：將玻璃棒固定在S1所制備的管狀膠體晶體模板的軸心位置，在玻璃棒與管狀膠體晶體模板之間注入S2所制備的水凝膠前聚液，固化后除去管狀膠體晶體模板，隨后進行還原反應得到響應性結構色微管道。

進一步的，S1中，所述膠體晶體分散液為單分散的二氧化硅酒精分散液，其中，二氧化硅粒子的濃度為0.1~10wt%。

進一步的，可通過調節二氧化硅粒子的粒徑來調整管狀膠體晶體模板的結構色，增大粒子粒徑，膠體晶體模板的特征反射峰增大，結構色發生紅移；所述二氧化硅粒子的粒徑為200nm~300nm。

進一步的，S1中，所述的管狀膠體晶體模板的外徑是由毛細管內徑來控制，毛細管內徑為0.5mm~1.5mm。

進一步的，S1中，垂直沉積法所需要的環境溫度為20~60°C。