[发明专利]一种具有纳米柱阵列纸的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种具有纳米柱阵列纸的制备方法及其应用，其制备步骤如下：1)挑选单通阳极氧化铝模板，利用丙酮和乙醇对单通阳极氧化铝模板进行清洗后，对其表面进行等离子表面处理；2)向处理后的单通阳极氧化铝模板中灌注纳米柱阵列纸的前驱液，待前驱液干燥成型后，腐蚀掉单通阳极氧化铝模板，清洗后得到具有纳米柱阵列纸。该方法制备得到的具有纳米柱阵列纸具备紧密的皮肤贴合性，并且具有多元分析的能力，应用于快速检测领域可以实现对多种待测物的多元分析，应用于可穿戴式传感器领域可明显提高传感器灵敏度，具有成本低、可重复使用、高灵敏的优点。

技术领域

本发明涉及一种具有纳米柱阵列纸的制备方法及其应用，属于纸张功能化领域。

背景技术

随着现代社会的发展，人们对自身各种健康指标的获取非常重视，可穿戴式传感器因其具备贴附于人体且实时监测收集人体健康信号的特点而受到广泛的关注。可穿戴传感器具有体积小、高度集成化、多功能化、灵敏度高、稳定性强的特点。目前商业化的各种可穿戴传感器种类繁多，包括柔性传感器和可穿戴电子产品，但是可穿戴传感器仍然存在诸多问题，如基底和人体皮肤接触性差，影响了信号的稳定采集和传输，进而降低了检测的灵敏度。此外，目前已有的可穿戴式传感器主要集中在跟踪个人身体活动(心率和步数)信号的收集，不能对人体生化指标(pH、乳酸、尿素、离子等)进行检测。目前已有的可穿戴生物传感器具有功能单一、灵敏度稳定性差的问题，限制了其在日常生活中的广泛应用，因而急需准确、灵敏地传感器来检测相关指标，而这样的传感器又需要有功能化材料的作为基底。

纸张是当今社会不可或缺的一种材料，具有极为广泛的应用，是人们日常生活、工作和学习的必需品。纸的主要成分是纤维素，而纤维素是自然界中储量最丰富、分布也最广的天然高分子，是一种可降解、可再生资源。除此之外，纸还具备成本低、无毒、生物兼容性好、力学性能良好、孔隙率高、易于物理和化学修饰等特点，可以作为一种出色的功能材料和复合材料的重要基底。因此，纸张的结构改造对拓展纸张的用途尤为重要，同时对于实现社会的可持续发展也具有重大意义。

针对现有技术存在的不足，结合纸的结构改造技术，本发明提供一种基于腐蚀单通阳极氧化铝(AAO)模板的方式制作具备纳米柱阵列的纸基底，制备的纸具备较好的贴合性，显著增强了脉搏传感器的信号；通过在纸基底上进行压印图案化可以实现多通道的纸芯片的制作。

发明内容

技术问题：针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种具有纳米柱阵列纸的制备方法及其应用，本发明制备方法简单、可批量化生产，制备得到的纳米柱阵列纸具有皮肤贴合性、用于检测时具有灵敏度高、信号强的特点，具有很好的使用价值。

技术方案：为实现上述发明的目的，本发明提供了一种具有纳米柱阵列纸的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)挑选单通阳极氧化铝(AAO)模板，利用丙酮和乙醇对单通阳极氧化铝模板进行清洗后，对其表面进行等离子表面处理；

2)向处理后的单通阳极氧化铝模板中灌注纳米柱阵列纸的前驱液，待前驱液在50～80℃干燥成型后，腐蚀掉单通阳极氧化铝模板，清洗后得到具有纳米柱阵列纸。

其中：

所述的单通阳极氧化铝模板具有蜂窝状的孔结构，且孔的孔径尺寸范围为20nm～400nm、孔间距60nm～450nm、孔的深度为150nm～120μm。

步骤1)所述的表面进行等离子表面处理是指在功率为150W～300W的条件下处理为60～300s。

步骤2)所述的纳米柱阵列纸的前驱液为硝酸纤维素(NC)前驱液、聚二甲基硅氧烷(PDMS)前驱液、聚苯乙烯(PS)前驱液、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)前驱液或者聚氨酯(PU)前驱液。

步骤2)所述的腐蚀掉单通阳极氧化铝模板过程中，所使用的腐蚀试剂为氢氟酸、磷酸或者氢氧化钠。