高聚物纳米柱阵列、微反应室阵列的制备方法及应用与流程

本发明涉及一种高聚物纳米柱阵列和微反应室阵列的制备方法，尤其涉及一种可应用于纳米级检测中的高聚物纳米柱阵列和微反应室阵列的制备方法。

背景技术：

精确的理解化学、材料学、生物医学等过程需要与其基本单位适应尺寸的测试工具。随着单分子显微镜、单分子光学超分辨成像技术的发展，超微反应分析已经被越来越广泛的应用，从而对如何将检测对象控制在纳微尺寸提出了更高的要求。

目前将样品限制在超微量级的方法主要包括分散液滴、芯片、各种核壳结构等。其中，分散液滴样品有效体积变小，很难控制液滴蒸发，而且在纳升级会蒸发的更快；而核壳结构在被检测物质上包覆多孔材料，会使被检测物质其无法保持原状。因此，利用微反应室控制被检测对象尺寸受到越来越多的关注。

现有技术中，微反应室的制备方式主要由以下几种：

1)在金棒表面包覆一层多孔二氧化硅，二氧化硅的多孔结构就相当于许多小室将金棒表面催化生成的产物荧光分子暂时限制在里面，使其扩散速度减慢，这样就可以在荧光分子分散到周围溶液中前检测到单分子信号。

2)利用纳米压印光刻技术制备高度为1.5μm，直径分别为1μm和5μm的聚二甲基硅氧烷PDMS微反应室阵列，该阵列中的小室能把液体和粒子紧密封闭而不会分散到邻近小室中。

3)利用微加工的方法制备直径～5μm，高3.8μm，中心间距7.5μm的PDMS微反应室，并将其运用到流动池中，微反应室的可流动性使其更容易操作且实际消耗量少。

然而，在纳米级检测的应用中，由于样品的有效体积变小，很难控制液滴的蒸发，尤其在纳升级时这种蒸发更加明显。并且，方法1)中由于被检测物质被多孔结构包覆，会使得被检测物质无法保持其原状；方法2)和方法3)中，普通的纳米压印通常只能进行微米级的制作，在纳米级压印时其误差会显著增加，且若想得到更小尺寸的纳米结构，会对纳米压印技术提出很高的要求，造成使用成本的大幅提高。

技术实现要素：

本申请一实施例提供一种高聚物纳米柱阵列的制备方法，其可以用于制备纳米级的微反应室阵列，且成本低，不会对被检测物造成损伤，该方法包括以下步骤：

提供具有纳米孔道阵列的模板，所述纳米孔道阵列由分布在模板上的纳米级盲孔组成；

将高聚物的单体、预聚体、溶融体中的至少一种填充于所述模板内并固化成型；

去除所述模板，获得高聚物纳米柱阵列。

一实施例中，将高聚物的单体、预聚体、溶融体中的至少一种填充于所述模板内并固化成型，具体包括：

将所述模板浸泡到加入引发剂和交联剂的甲基丙烯酸甲酯MMA中低功率超声，并冷藏；

取出所述模板，在其表面施加交联聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的预聚体，并加热聚合以固化成型。

一实施例中，在其表面施加交联聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的预聚体，并加热聚合以固化成型，具体包括：

在所述模板表面施加交联PMMA的预聚体，并加热至温度T1；

将所述加热温度从温度T1降低并保持在温度T2，直至所述模板中聚合形成PMMA纳米柱阵列；其中，

50℃≤温度T2≤温度T1≤90℃。

一实施例中，所述温度T2为80℃。

一实施例中，所述高聚物选自PMMA或聚苯乙烯PS。

本申请一实施例提供一种微反应室阵列的制备方法，该方法包括以下步骤：

在纳米柱阵列上施加聚二甲基硅氧烷PDMS的预聚体，并加热聚合以固化成型；

去除所述纳米柱阵列，获得微反应室阵列。

一实施例中，所述纳米柱阵列由如上所述的高聚物纳米柱阵列的制备方法或纳米球刻蚀技术制得。

一实施例中，所述微反应室阵列中微反应室的尺寸为5～800nm。

本申请一实施例提供一种实现纳米级检测的方法，该方法包括以下步骤：

将待检测纳米结构施加到载玻片上；

将由如上所述的微反应室阵列的制备方法制得的微反应室阵列施加到盖玻片上；

组装所述载玻片和盖玻片以得到流动池，其中所述载玻片施加有纳米结构的一面和所述盖玻片施加有微反应室阵列的一面彼此相对设置；

在所述载玻片和盖玻片之间通入反应液，并抽真空，使得所述微反应室阵列吸附到所述载玻片上以及所述反应液封闭在所述微反应室阵列中，并实现对所述纳米结构的检测。

一实施例中，所述纳米结构包括纳米粒子、和/或纳米片、和/或纳米棒。

一实施例中，对所述纳米结构的检测，具体包括：

对纳米粒子不同反应条件下反应活性的检测；和/或

对纳米片不同部位反应活性的检测；和/或

对纳米棒不同部位反应活性的检测。

一实施例中，所述载玻片和盖玻片的材质选自玻璃、石英、PDMS、PMMA、PS、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET中的一种。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益效果：

1)制得的微反应室阵列应用于流动池检测纳米结构时，可以有效控制被检测液体的挥发；

2)低成本实现纳米级的检测；

3)在应用于纳米级、微米级尺寸物质不同位置的反应检测时，不会损伤待检测物质。

附图说明

图1是本申请一实施方式中模板的结构示意图；

图2是本申请一实施方式中模板上固化形成有高聚物纳米柱阵列的结构示意图；

图3是本申请一实施方式中高聚物纳米柱阵列的结构示意图；

图4是本申请一实施方式中在纳米柱阵列上施加PDMS的预聚体的结构示意图；

图5是本申请一实施方式中纳米柱阵列上固化形成有微反应室阵列的结构示意图；

图6是本申请一实施方式中微反应室阵列的结构示意图；

图7和图8分别是本申请一实施方式中流动池中未抽真空和抽真空后的结构示意图；

图9是本申请一实施方式中利用流动池检测纳米结构的俯视图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

参图1至图3，介绍本申请高聚物纳米柱阵列20的制备方法的一具体实施方式。在本实施方式中，该方法包括以下步骤：

S11：提供具有纳米孔道阵列的模板10，所述纳米孔道阵列由分布在模板上的纳米级盲孔11组成。

S12：将高聚物的单体、预聚体、溶融体中的至少一种填充于所述模板10内并固化成型。

所说的高聚物可以选自PMMA或PS。

一实施例中，步骤S12具体包括：

S121：将所述模板10浸泡到加入引发剂和交联剂的甲基丙烯酸甲酯MMA中低功率超声，并冷藏。

采用加入引发剂和交联剂的MMA，可以更好地进入模板上的盲孔11中，保证制得的高聚物纳米柱阵列的品质。

S122：取出所述模板10，在其表面施加交联聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的预聚体，并加热聚合以固化成型。

步骤S122具体包括：

S1221：在所述模板表面施加交联PMMA的预聚体，并加热至温度T1。

S1222：将所述加热温度从温度T1降低并保持在温度T2，直至所述模板中聚合形成PMMA纳米柱阵列；其中，

50℃≤温度T2≤温度T1≤90℃。

加热是为了使步骤S121中加入引发剂和交联剂的甲基丙烯酸甲酯MMA、以及步骤S122中的交联PMMA的预聚体产生聚合反应。而通过在初始阶段时，将加热温度升高至较高的温度T1，可以对聚合反应产生引发作用，避免温度过低导致反应时间过长；而在聚合反应被引发后，将加热温度降至较低的温度T2，可以避免在持续过高的温度下，聚合反应过于剧烈，影响最终的聚合效果。

一实施例中，温度T2可以为80℃。

S13：去除所述模板10，获得高聚物纳米柱阵列20。

一实施例中，可以例如利用NaOH溶液和磷酸依次处理，以去除模板。

参图1至图6，介绍本申请微反应室阵列32的制备方法的一具体实施方式。在本实施方式中，该方法包括以下步骤：

S21：在纳米柱阵列20上施加聚二甲基硅氧烷PDMS的预聚体31，并加热聚合以固化成型。

一实施例中，步骤S21中纳米柱阵列20可由如下步骤制得：

S211：提供具有纳米孔道阵列的模板10，所述纳米孔道阵列由分布在模板10上的纳米级盲孔11组成。

S212：将高聚物的单体、预聚体、溶融体中的至少一种填充于所述模板内并固化成型。

所说的高聚物可以选自PMMA或PS。

一实施例中，步骤S212具体包括：

S2121：将所述模板10浸泡到加入引发剂和交联剂的甲基丙烯酸甲酯MMA中低功率超声，并冷藏。

S2122：取出所述模板10，在其表面施加交联聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的预聚体，并加热聚合以固化成型。

步骤S2122具体包括：在所述模板10表面施加交联PMMA的预聚体，并加热至温度T1；将所述加热温度从温度T1降低并保持在温度T2，直至所述模板10中聚合形成PMMA纳米柱阵列；其中，50℃≤温度T2≤温度T1≤90℃。

一实施例中，温度T2可以为80℃。

S212：去除所述模板10，获得高聚物纳米柱阵列20。

当然，在一些替换的实施例中，步骤S21中的纳米柱阵列20还可以例如采用纳米球刻蚀技术制得。

S22：去除所述纳米柱阵列20，获得微反应室阵列32。

一实施例中，微反应室阵列中32微反应室321的尺寸为5～800nm。

配合参照图7至图9，介绍本申请实现纳米级检测的方法的一具体实施方式。在本实施方式中，该方法包括以下步骤：

S31：将待检测纳米结构施加到载玻片上41。

这里的待检测纳米结构可以包括纳米粒子61、和/或纳米片62、和/或纳米棒63。

S32：将微反应室阵列32施加到盖玻片42上。

微反应室阵列32的制备方法已经在上述的实施方式/实施例中做了详细阐述，故在此不再赘述。并且，可以理解的是，在一些替换的实施例中，这里所说的“将待检测纳米结构施加到载玻片41上”和“将微反应室阵列施加到盖玻片上42”可以被替换地实施为：“将待检测纳米结构施加到盖玻片42上”和“将微反应室阵列施加到载玻片41上”，此种变换的实施例仍应当属于本申请的保护范围之内。

一实施例中，载玻片和盖玻片的材质可以选自玻璃、石英、PDMS、PMMA、PS、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET中的一种。通过选择合适的载玻片和盖玻片的厚度，可以使这些材质的载玻片和盖玻片具有较好的光通透性，且不会与被检测的信号产生冲突。

S33：组装所述载玻片41和盖玻片42以得到流动池flow cell，其中所述载玻片41施加有纳米结构的一面和所述盖玻片42施加有微反应室阵列32的一面彼此相对设置。

S34：在所述载玻片41和盖玻片42之间通入反应液50，并抽真空，使得所述微反应室阵列32吸附到所述载玻片41上以及所述反应液50封闭在所述微反应室阵列32中，并实现对所述纳米结构的检测。

一实施例中，这里所说的对纳米结构的检测可以包括：对纳米粒子61不同反应条件下反应活性的检测；和/或对纳米片62不同部位反应活性的检测；和/或对纳米棒63不同部位反应活性的检测。

本申请通过上述实施方式/实施例，具有以下有益效果：

1)制得的微反应室阵列应用于流动池检测纳米结构时，可以有效控制被检测液体的挥发；

2)低成本实现纳米级的检测；

3)在应用于纳米级、微米级尺寸物质不同位置的反应检测时，不会损伤待检测物质。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。