一种胶体晶体纸芯片及制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种胶体晶体纸芯片及其制备方法，其特征在于该芯片是以胶体晶体纸为基底芯片材料，通过在胶体晶体表面构筑亲疏水的图案制备而成。制备方法包括以下步骤：①制备胶体晶体膜；②在胶体晶体纸上制备出亲疏水通道图案；③在检测区中固定化学显色试剂或生物探针。本发明所提供的胶体晶体纸芯片具有制备方法简便、孔隙率规整可控、分离效率高等优点，可实现多指标的现场即时分离检测，有望应用于环境污染物的检测、食品安全快速检测及生化医疗检测等方面。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光子晶体材料技术、纸芯片技术，具体涉及一种胶体晶体纸芯片及其 制备技术。 一种胶体晶体纸芯片及制备方法
【背景技术】
[0002] 为适应临床诊断和即时检测的需求，芯片技术应运而生。实验室芯片的重要性和 应用性已被广泛认知，现在的芯片研究主要集中于材料的易得、价廉、易于修饰、易于储存 和运输，而纸芯片很好的体现了这些优势。自2007年whitesides组第一次提出纸芯片的 概念以来，纸芯片作为一种新型的检测技术，已显示出其在微型化、便携化方面的巨大生命 力。纸可以作为分离和快速检测技术的支撑材料，用纸作为基底代替玻璃、硅、石英、高聚物 等材料薄片，通过在纸上加工出具有一定结构的亲/疏水性微通道网络及相关分析部件， 实现分析实验室的微型化、集成化与便携化，为环境监测、食品安全检测、临床医学等各应 用领域提供新的技术平台。然而，纸芯片的研究尚处在初期阶段，有许多问题需要克服和解 决。如纸芯片能否得到好的实验结果以及有好的应用在很大程度上取决于所用滤纸材料的 空隙率和孔径分布的大小及均匀程度。由于目前造纸工艺的限制，商品化的滤纸空隙率大 小及孔径分布通常较广，只能控制在某一大概范围之内，均匀性较差，这将大大影响流体的 一致性，此外滤纸的重复性较差，不同批次，不同厂家的纸可重复性不好。这些都对纸芯 片的分离效果和检测结果产生具有较大的影响。
[0003] 胶体晶体是由一种或多种单分散的胶体纳米颗粒组装形成的具有二维或三维有 序结构的一类物质。胶体晶体中占据每一个晶格点的是一个个胶体颗粒，而不是通常晶体 中的分子、原子或离子。由于胶体粒子的长程有序排列，在胶体晶体的内部形成了规整有序 的孔隙，并且这些孔隙的大小可以方便地通过调整胶体纳米颗粒的大小来实现。
[0004] 因此，在本发明中，我们以胶体晶体代替目前纸芯片中使用的滤纸，制备了 一种胶 体晶体纸芯片。
【发明内容】
[0005] 技术问题：本发明的目的在于提供一种胶体晶体纸芯片及制备技术，解决现有纸 芯片技术中滤纸的空隙率和孔隙大小不均匀性对分离效果和检测灵敏度的影响。
[0006] 技术方案：为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：
[0007] 本发明的胶体晶体纸芯片是以胶体晶体纸为基底材料而获得，所述的胶体晶体纸 是胶体纳米粒子有序自组装而获得的，所述胶体纳米粒子的粒径在50nm_10 μ m之间。
[0008] 所述的胶体晶体为聚苯乙烯、二氧化硅、二氧化钛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸 乙酯或聚乙烯中的一种。
[0009] 所述的胶体晶体纸是蛋白石结构，或反蛋白石结构。
[0010] 本发明的胶体晶体纸芯片及制备方法制备方法具体包括以下几个步骤：
[0011] 1)胶体晶体纸的制备：单分散胶体粒子溶液使用垂直沉积或静电自组装的方法 制备胶体晶体纸；
[0012] 2)在胶体晶体纸上使用光刻技术、蜡印技术或等离子处理技术形成亲疏水的通道 网络图案；
[0013] 3)在检测区域固定化学显色试剂或生物探针，制备得到胶体晶体纸芯片。
[0014] 所述胶体纳米粒子的质量百分数在10%?90%之间。
[0015] 有益效果：相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：
[0016] 本发明通过将胶体晶体纸代替滤纸，成功实现空隙大小和孔隙率的控制和优化， 解决了现有纸芯片中流体一致性问题。芯片制作方法操作简单，可重复性高，成本低廉。芯 片检测可以化学显色反应、生物免疫反应、酶催化反应或核酸杂交等原理实现，因此在环境 监测、食品安全检测、临床医学等各领域具有巨大的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1胶体晶体纸芯片示意图。
【具体实施方式】
[0018] 该芯片以胶体晶体纸为基底材料，所述的胶体晶体纸是胶体纳米粒子有序自组装 而获得的，所述的胶体晶体纸可通过垂直沉积法、静电自组装等方法来实现。所述的胶体晶 体纸可以是蛋白石结构，或反蛋白石结构。
[0019] 本发明的另一目的在于提供一种胶体晶体纸芯片的制备方法所述方法包含以下 步骤：
[0020] (1)胶体晶体纸的制备：单分散胶体粒子溶液使用垂直沉积或静电自组装的方法 制备胶体晶体纸。
[0021] (2)在胶体晶体纸上使用光刻技术、蜡印技术或等离子处理技术等方法形成亲疏 水的通道网络图案。
[0022] (3)在检测区域固定化学显色试剂或生物探针（如酶、核酸、抗原抗体等），制备得 到胶体晶体纸芯片。
[0023] 优选的，所述方法中的胶体纳米粒子的粒径在50nm-10 μ m之间，所述的胶体纳米 粒子为聚苯乙烯、二氧化硅、二氧化钛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚乙烯中的一 种。
[0024] 以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明 本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体检测的条件做 进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。任何本领域的技术人员，在不脱 离本发明的精神和范围的情况下，应当可以做出各种修改与变更。因此本发明的保护范围 应当视为所附的权利要求书所限定的范围。
[0025] 实施例1胶体晶体纸芯片的制备
[0026] (1)胶体晶体纸的制备：将单分散的500nm的二氧化硅胶体纳米粒子进行离心纯 化，调节胶体粒子溶液中胶体纳米粒子的质量百分数为40%，使用垂直沉积的方法在亲水 处理过的玻片表面形成均匀的胶体晶体纸。
[0027] (2)在胶体晶体纸上使用蜡打印技术形成亲疏水的通道网络图案，加热使固体蜡 融化成液体渗透到光子晶体纸中，形成疏水阻挡层，制得具有亲水通道的胶体晶体纸芯片。 在进样口滴加样品溶液，由于边缘疏水作用及流体通道的亲水性，样品溶液将沿着亲水通 道进入检测点。
[0028] (3)在亲水性检测区域固定化学显色试剂，制备得到胶体晶体纸芯片。。
[0029] 实施例2胶体晶体纸芯片的制备
[0030] (1)胶体晶体纸的制备：将单分散的400nm的聚苯乙烯胶体粒子进行离心纯化，调 节胶体粒子溶液中胶体纳米粒子的质量百分数为30 %，使用静电自组装的方法在亲水处理 过的玻片表面形成均匀的胶体晶体纸。
[0031] (2)在胶体晶体纸上使用等离子处理技术形成亲疏水的通道网络图案，制得具有 亲水通道的胶体晶体纸芯片。
[0032] (3)在亲水性检测区域固定核酸探针，制备得到胶体晶体纸芯片。
[0033] 实施例3胶体晶体纸芯片的制备
[0034] (1)胶体晶体纸的制备：将单分散的lum的聚甲基丙烯酸甲酯胶体粒子进行离心 纯化，调节胶体粒子溶液中胶体纳米粒子的质量百分数为20%，使用垂直沉积的方法在亲 水处理过的玻片表面形成均匀的胶体晶体纸。
[0035] (2)在胶体晶体纸上使用光刻技术形成亲疏水的通道网络图案。首先将光胶涂覆 在胶体晶体纸上甩匀，使滤纸变为疏水性，然后在掩膜的辅助作用下，利用紫外灯对滤纸 上的光胶进行光交联聚合，形成疏水"坝"。除掉未曝光的光胶，从而在滤纸上形成了亲疏 水网络通道，制得胶体晶体纸芯片。
[0036] (3)在亲水性检测区域固定抗体，制备得到胶体晶体纸芯片。
【权利要求】
1. 一种胶体晶体纸芯片，其特征在于该纸芯片是以胶体晶体纸为基底材料而获得， 所述的胶体晶体纸是胶体纳米粒子有序自组装而获得的，所述胶体纳米粒子的粒径在 50nm_10 μ m 之间。
2. 如权利要求1所述的一种胶体晶体纸芯片，其特征在于所述的胶体晶体为聚苯乙 烯、二氧化硅、二氧化钛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯或聚乙烯中的一种。
3. 如权利要求1所述的一种胶体晶体纸芯片，其特征在于所述的胶体晶体纸是蛋白石 结构，或反蛋白石结构。
4. 一种如权利要求1所述的胶体晶体纸芯片及制备方法制备方法，其特征在于该制备 方法具体包括以下几个步骤： 1) 胶体晶体纸的制备：单分散胶体粒子溶液使用垂直沉积或静电自组装的方法制备 胶体晶体纸； 2) 在胶体晶体纸上使用光刻技术、蜡印技术或等离子处理技术形成亲疏水的通道网络 图案； 3) 在检测区域固定化学显色试剂或生物探针，制备得到胶体晶体纸芯片。
5. 如权利要求4所述的胶体晶体纸的制备方法，其特征在于所述胶体纳米粒子的质量 百分数在10%?90%之间。
【文档编号】B01L3/00GK104096609SQ201410348630
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日
【发明者】顾忠泽, 叶宝芬, 刘宏 申请人:东南大学