一种制备液体橡皮泥的方法及橡皮泥成形方法
【专利摘要】本发明涉及一种制备液体橡皮泥的方法及橡皮泥成形方法，利用正硅酸乙酯、无水乙醇、氨水、六甲基二硅胺烷配制的烷基化SiO2溶胶，通过浸渍提拉镀膜的方法在培养皿等容器的底部与器壁上沉积多层弱结合力疏水SiO2纳米颗粒，然后将适量水置于该容器中，根据水的体积采用倾斜或振荡容器的方法使水与器壁发生撞击，这可以导致器壁最外一层SiO2纳米颗粒转移到水的表面，并且在水的表面形成无法自由移动的密堆积状态，从而使水滴无法恢复到正常曲率，变成了形状可塑的复杂液滴——液体橡皮泥。在此基础上，通过切割、抽离、注水相结合的方法对液体橡皮泥进行操作，从而实现了对其形状的调控。本发明中所涉及的制备和调控液体橡皮泥形状的方法适合构造复杂形态的液体橡皮泥。
【专利说明】
一种制备液体橡皮泥的方法及橡皮泥成形方法
技术领域
[0001 ]本发明属于液滴形状调控的领域，具体涉及一种制备液体橡皮泥的方法及橡皮泥成形方法。【背景技术】
[0002]水滴在固体表面上的形状总是趋近于正常球形的一部分。如果在水滴表面覆盖一层疏水颗粒且使其形成堵塞态，则可以使水滴发生稳定形变，进而产生固体般的可塑性。这种复杂液滴被称为“液体橡皮泥”，是2016年报导的新型软物质体系(Soft Matter，2016， 12,1655)，在微型容器领域有重要的应用价值，例如可用于细胞的3D培养等。
[0003]液体橡皮泥的制备方法只有一种经公开报导，8卩“干凝胶压印法”。具体说来，是通过用两个镀了膜的玻璃片挤压其间的水滴，使得薄膜上的颗粒转移到水滴表面并发生堵塞，从而制备出液体橡皮泥。再通过拼接的方法可以获得体积更大、形状更为复杂的液体橡皮泥。然而这个方法在制备复杂形态液体橡皮泥时较为费时费力，结构的精细控制也较难。
【发明内容】
[0004]要解决的技术问题
[0005]为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种制备液体橡皮泥的方法及橡皮泥成形方法，不以玻璃片为基底，而是以各种容器作基底，在其内壁和底部镀上弱结合力超疏水薄膜，通过让大体积的水与器壁撞击，实现颗粒的转移和堵塞，从而获得连续的大面积液体橡皮泥。再通过对其进行切割等操作，获得更为复杂且精细度高的液体橡皮泥。本发明中的方法简单易行，成本低廉。
[0006]技术方案
[0007]—种制备液体橡皮泥的方法，其特征在于步骤如下:
[0008]步骤1、制备烷基化Si02溶胶:
[0009]将无水乙醇EtOH与正硅酸乙酯TE0S在室温下混合搅拌，再加入氨水NH3 ? H2〇混合搅拌15?40min，在室温下静置老化3?9天形成溶胶;所述氨水NH3 ? H20浓度为25% ;[0〇1〇]向溶胶中加入的六甲基二硅胺烧HMDS搅拌15?40min，然后静置老化1?2天，得到烷基化Si02溶胶；
[0011]整个制备过程均对溶胶进行密封；
[0012]所述参与反应试剂的体积比为:
[0013]TE0S:Et0H:NH3 ? H2〇:HMDS=(3?7):50: (1.3?2.3): (0.72?5.52);
[0014]步骤2、制备液体橡皮泥:
[0015]将容器浸入烷基化Si02溶胶中2s?lOmin，通过浸渍提拉镀膜法使容器内表面均匀沉积多层弱结合力疏水Si〇2纳米颗粒；
[0016]步骤3:将水加入容器内，水量铺平容器底部，晃动容器使水振荡，水在撞击容器壁和回弹的过程中，水的表面积先增大再减小，导致容器壁表面上的弱结合力疏水Si02纳米颗粒转移到水的表面并发生堵塞，在水的表面形成具有一定刚性的薄膜，从而使水的表面无法恢复到正常曲率，并得到了固体般的可塑性的液体橡皮泥。
[0017]在步骤1中当在室温下静置老化3?9天形成溶胶后，将载玻片浸入溶胶中，以4000 Mi/s的速度通过浸渍提拉镀膜法提拉载玻片，使得溶胶载玻片上成膜;当成膜厚度为100? 300nm时，向溶胶中加入六甲基二硅胺烷HMDS搅拌15?40min后静置老化1?2天，得到烷基化Si02溶胶。
[0018]—种调控所述制备的液体橡皮泥形状的方法，其特征在于:利用疏水性切割工具对水进行操作，得到所构造形状的雏形，然后用吸水纸或移液管将多余的水抽离，最后通过滴管对形状不完整的地方进行注水，进而构造出具有所需的液体橡皮泥。
[0019]—种调控所述制备的液体橡皮泥形状的方法，其特征在于:采用特定形状的表面疏水的中空模具，将其镶嵌在液体橡皮泥的中间区域。再利用疏水性工具切除模具边缘的水，然后用吸水纸或移液管将多余的水抽离，最后通过滴管对形状不完整的地方进行注水， 进而将液体橡皮泥构造成所需形态。
[0020]有益效果
[0021]本发明提出的一种制备液体橡皮泥的方法及橡皮泥成形方法，利用正硅酸乙酯、 无水乙醇、氨水、六甲基二硅胺烷配制的烷基化Si〇2溶胶，通过浸渍提拉镀膜的方法在培养皿等容器的底部与器壁上沉积多层弱结合力疏水Si02纳米颗粒，然后将适量水置于该容器中，根据水的体积采用倾斜或振荡容器的方法使水与器壁发生撞击，这可以导致器壁最外一层Si02纳米颗粒转移到水的表面，并且在水的表面形成无法自由移动的密堆积状态，从而使水滴无法恢复到正常曲率，变成了形状可塑的复杂液滴一一液体橡皮泥。在此基础上， 通过切割、抽离、注水相结合的方法对液体橡皮泥进行操作，从而实现了对其形状的调控。
[0022]本发明通过撞击的方法使水的表面覆盖一层弱结合力疏水Si02纳米颗粒，利用切割的方法调控液体橡皮泥的形状。这对水相液体的形状调控提供了更加简便的方法，并对制备各种形状的水相微反应器等提供了更为简易的手段。【附图说明】[〇〇23]图1是本发明中超疏水Si02溶胶配制的流程图[〇〇24]图2是本发明中利用分割法获得“十”和“T”形水滴的过程[〇〇25](a):将适量水加入镀有Si02超疏水纳米颗粒的培养皿中并不停振荡，使水的表面附着Si02超疏水纳米颗粒；(b)?(h):用具有一定疏水性的塑料滴管对水滴进行分割获得“十”字形；(i):向已成型的液体橡皮泥注水调节其形态；(j)?(1):移动水平臂进一步调节其形态最终获得“T”字形。标尺均为2cm.
[0026]图3是本发明中通过模具压拓塑造特殊形状液体橡皮泥的过程
[0027](a)?(d):特殊形状液体橡皮泥的塑造过程；(e):液体橡皮泥与橡皮泥通过相同模具塑造的“苹果”的对比。标尺均为2cm.【具体实施方式】
[0028]现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:
[0029]实施例1
[0030]1、量取150ml无水乙醇(EtOH)与9?21ml正硅酸乙酯(TE0S)倒入烧杯中，在室温下搅拌5?20min，使其混合均匀；再加入3.9?6.9ml浓度为25%的氨水(NH3 ? H20)搅拌10? 40min，然后在室温下静置老化3?9天;使载玻片浸入溶胶中，以4000wn/s的速度通过提拉镀膜法提拉载玻片，当溶胶可在载玻片上均匀成膜，且成膜较厚时(膜厚为150?350nm)，即可加入2.16?16.56ml的六甲基二硅胺烷(HMDS)搅拌10?40min，静置老化1?2天，即得到烷基化Si02溶胶。整个制备过程均对溶胶密封避免无水乙醇蒸发。
[0031]其中所加试剂的体积比为:
[0032]TE0S:Et0H:NH3 ? H20:HMDS=(3?7):50: (1.3?2.3): (0.72?5.52).
[0033]2、薄膜镀制:将洁净的容器(如:玻璃培养皿、塑料培养皿、金属容器)浸入烷基化 Si02溶胶中2s?lOmin，通过提拉镀膜法使容器表面均匀沉积多层疏水Si02纳米颗粒。
[0034]3、将适量水加入容器(恰好平铺容器底部)，通过晃动容器使水振荡，水在撞击容器壁和回弹的过程中，使水的表面积先增大再减小，导致容器壁表面上的弱结合力疏水 Si02纳米颗粒转移到水的表面并发生堵塞，整体上表现为具有一定刚性的薄膜，从而使水的表面无法恢复到正常曲率，并产生了固体般的可塑性液体橡皮泥。[〇〇35]4、再利用疏水性切割工具(如:聚苯乙烯塑料滴管)对水进行操作，得到所构造形状的雏形，然后用吸水纸或移液管将多余的水抽离，最后通过滴管对形状不完整的地方进行注水，进而将液体橡皮泥构造成所需形态。通过移动“十”字水滴形状的水平臂进一步调节其形态最终获得“T”字形，如图2所示。
[0036] 实施例2[〇〇37]1、量取150ml无水乙醇(EtOH)与9?21ml正硅酸乙酯(TE0S)倒入烧杯中，在室温下搅拌5?20min，使其混合均匀；再加入3.9?6.9ml浓度为25%的氨水(NH3 ? H20)搅拌10? 40min，然后在室温下静置老化3?9天;使载玻片浸入溶胶中，以4000wn/s的速度通过提拉镀膜法提拉载玻片，当溶胶可在载玻片上均匀成膜，且成膜较厚时(膜厚为150?350nm)，即可加入2.16?16.56ml的六甲基二硅胺烷(HMDS)搅拌10?40min，静置老化1?2天，即得到烷基化Si02溶胶。整个制备过程均对溶胶密封避免无水乙醇蒸发。[〇〇38]其中所加试剂的体积比为:
[0039]TE0S:Et0H:NH3 ? H20:HMDS=(3?7):50: (1.3?2.3): (0.72?5.52)。
[0040]2、薄膜镀制:将洁净的容器(如:玻璃培养皿、塑料培养皿、金属容器)浸入烷基化 Si02溶胶中2s?lOmin，通过提拉镀膜法使容器表面均匀沉积多层疏水Si02纳米颗粒。
[0041]3、将适量水加入容器(恰好平铺容器底部)，通过晃动容器使水振荡，水在撞击容器壁和回弹的过程中，使水的表面积先增大再减小，导致容器壁表面上的弱结合力疏水 Si02纳米颗粒转移到水的表面并发生堵塞，整体上表现为具有一定刚性的薄膜，从而使水的表面无法恢复到正常曲率，并产生了固体般的可塑性液体橡皮泥。
[0042]4、采用特定形状的表面疏水的中空模具，将其镶嵌在液体橡皮泥的中间区域。再利用疏水性工具(如:聚苯乙烯塑料滴管)切除模具边缘的水，然后用吸水纸或移液管将多余的水抽离，即得到模具所拓出的“苹果”形状，最后通过滴管对形状不完整的地方抽离水或注水进行修复构造出完整的特殊形状的液体橡皮泥，如图3所示。
【主权项】
1.一种制备液体橡皮泥的方法，其特征在于步骤如下:步骤1、制备烷基化Si02溶胶:将无水乙醇EtOH与正硅酸乙酯TEOS在室温下混合搅拌，再加入氨水NH3 ? H20混合搅拌 15?40min，在室温下静置老化3?9天形成溶胶;所述氨水NH3 ? H20浓度为25% ;向溶胶中加入的六甲基二硅胺烷HMDS搅拌15?40min，然后静置老化1?2天，得到烷基 化Si02溶胶；整个制备过程均对溶胶进行密封；所述参与反应试剂的体积比为:TE0S:Et0H:NH3.H20:HMDS=(3?7):50:(1.3?2.3):(0.72?5.52);步骤2、制备液体橡皮泥:将容器浸入烷基化Si02溶胶中2s?lOmin，通过浸渍提拉镀膜法使容器内表面均匀沉积 多层弱结合力疏水Si〇2纳米颗粒；步骤3:将水加入容器内，水量铺平容器底部，晃动容器使水振荡，水在撞击容器壁和回 弹的过程中，水的表面积先增大再减小，导致容器壁表面上的弱结合力疏水Si02纳米颗粒 转移到水的表面并发生堵塞，在水的表面形成具有一定刚性的薄膜，从而使水的表面无法 恢复到正常曲率，并得到了固体般的可塑性的液体橡皮泥。2.根据权利要求1所述制备液体橡皮泥的方法，其特征在于:在步骤1中当在室温下静 置老化3?9天形成溶胶后，将载玻片浸入溶胶中，以4000WH/S的速度通过浸渍提拉镀膜法 提拉载玻片，使得溶胶载玻片上成膜;当成膜厚度为100?300nm时，向溶胶中加入六甲基二 硅胺烷HMDS搅拌15?40min后静置老化1?2天，得到烷基化Si02溶胶。3.—种调控权利要求1所述制备的液体橡皮泥形状的方法，其特征在于:利用疏水性切 割工具对水进行操作，得到所构造形状的雏形，然后用吸水纸或移液管将多余的水抽离，最 后通过滴管对形状不完整的地方进行注水，进而构造出具有所需的液体橡皮泥。4.一种调控权利要求1所述制备的液体橡皮泥形状的方法，其特征在于:采用特定形状 的表面疏水的中空模具，将其镶嵌在液体橡皮泥的中间区域。再利用疏水性工具切除模具 边缘的水，然后用吸水纸或移液管将多余的水抽离，最后通过滴管对形状不完整的地方进 行注水，进而将液体橡皮泥构造成所需形态。
【文档编号】A63H33/00GK105967537SQ201610296982
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】李晓光, 王森浩, 臧渡洋, 耿兴国
【申请人】西北工业大学