[发明专利]一种纸基疏水隔离图案的制备方法及应用

说明书

本发明公开一种纸基疏水隔离图案的制备方法及应用。所述纸基疏水隔离图案是在滤纸基底上通过定位沉积疏水溶胶液所制备得到的。本发明利用酸催化氟硅烷制备出疏水溶胶液，然后将该溶胶液定位沉积到滤纸基底上，制得疏水隔离图案。所制备的疏水隔离图案不仅能够约束水，而且能够约束有机溶剂和含有表面活性剂的溶液。所制备的疏水隔离图案能够进行涉及有机溶剂和表面活性剂的检测分析，在纸基分析器件和纸基微流控器件开发领域具有广阔应用前景。

技术领域

本发明涉及纸基分析和纸基微流控器件领域。更具体地，涉及一种纸基疏水隔离图案的制备方法及应用。

背景技术

与传统的硅、玻璃、高聚物基分析器件相比，纸基分析器件(纸芯片)具有成本更低、分析系统更易微型化和便携化、后处理简单和无污染等优点(Cate D.M.AnalyticalChemistry.2015,87,19-41)，在临床诊断、食品质量控制和环境监测等领域具有很大的应用前景(Yamada K.Angewandte Chemie International Edition,2015,54,5294-5310)。由于滤纸本身具有超亲水性，在滤纸的特定区域制造出疏水的隔离图案，便可形成亲-疏水性的通道网络，制得纸芯片。目前文献上主要采用喷蜡打印(Lu Y.AnalyticalChemistry.2010,82,329-335)、喷墨打印/喷墨溶剂刻蚀(Abe K.AnalyticalChemistry.2008,80,6928-6934)、融蜡浸透、绘图、丝网印刷、柔印、紫外光刻(HeQ.Analytical Chemistry.2013,85,1327-1331)及激光处理等技术制作疏水图案(蒋艳，化学进展,2014,26,167-177)。

Whitesides研究组(Carrilho E.Analytical Chemistry.2009,81,7091-7095.)相继研发了用于纸芯片制作的喷蜡打印技术。该技术利用商用喷蜡打印机在滤纸的特定区域形成固体蜡图案，然后将滤纸放入高温炉加热，使蜡融化并渗透到滤纸中形成疏水图案，制得纸芯片用于检测分析。Shen研究组(Li X.Colloids and Surfaces B.2010,76,564-570)采用喷墨打印机在滤纸特定区域打印烷基烯酮二聚物溶液，然后通过高温加热使得烷基烯酮二聚物发生缩合反应结合到滤纸纤维素表面以改变滤纸的浸润性，而未喷墨的区域保持原滤纸的亲水性。Brennan研究组(Wang J.Lab on a Chip.2014,14,691-695.)采用喷墨打印机在滤纸上打印甲基三甲氧基硅烷溶胶液形成了疏水隔离带图案，并测试了该疏水隔离带图案在液体约束方面的性能。研究发现该图案不仅能够约束水溶液，而且对部分有机溶剂(丙三醇，二甲基亚砜，甲苯)和表面活性剂(曲拉通X-100，十二烷基磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵)也能起到约束作用，较以往固体蜡和烷基烯酮二聚物材料所形成的疏水隔离带图案具有一定的优势。但是，该疏水隔离带图案对于表面能稍低些的有机溶剂如甲醇或异丙醇等不能起到约束作用。Gupta研究组利用了过渡金属离子能够阻止氟聚物聚合的原理，先将铜离子溶液涂覆到滤纸基底上形成特定图案，然后通过引发剂诱导的化学气相沉积方法在滤纸基底上制作了疏水隔离带图案。实验证明，该疏水隔离带图案能够对己烷，乙酸乙酯，丙酮和甲醇起到约束作用。(Chen B.ACS Applied MaterialsInterfaces.2013,5,12701-12707)但是，该方法过程复杂，需要大型化学气相沉积设备，这限制了该方法的广泛使用。

能够耐受有机试剂的纸芯片具有很多优势，例如处理和分析不溶于水的化学物质(有机药物，化学战剂和杀虫剂比如有机磷酸酯)。然而，当前大多数纸芯片上所制作的疏水屏障容易被有机溶剂溶解或溶胀，导致有机溶剂扩散，即不能对有机溶剂起到约束作用。因为难以制作性能优异的疏油性屏障，所以使得纸芯片在涉及有机溶剂的分析检测中的发展受到了限制。

因此，找到一种有效的方法在滤纸基底上实现更加稳健的疏水隔离图案的制备，对于纸芯片在涉及有机溶剂和表面活性剂的分析检测中的应用具有重要意义。

发明内容