一种生产透明液体弹珠的方法及液体弹珠和应用与流程

本发明属于超细功能材料应用技术领域，具体为使用微纳米疏水颗粒生产液体弹珠的方法。

背景技术：

软物质是自然界、生命体系、日常生活和工业技术中广泛存在的物质体系。软物质这一名称是相对于常见的金属、陶瓷、玻璃等硬物质而提出的，包括了聚合物、液晶、表面活性剂、胶体、乳状液、颗粒物质等。软物质的特点在于他们缺少硬的结构，微小的力就能产生很大的形变。而且其他微小的作用也会带来很大的改变，例如表面活性剂，十万分之一的氟碳表面活性剂加在水中就会使水的表面张力降低一半。本文中研究的纳米疏水二氧化硅颗粒也是一样，微量的纳米颗粒的添加带来了不同于水的物理性质。牛顿流体是任何切变力会引起流动的简单流体，流动性质可以用粘滞系数表征。固体的弹性变形和外力的关系有弹性模量来描述。而软物质不同于固体和液体，通常表现为非牛顿流体的特点，切变强度相关于切变速率。颗粒物质是生活中和工业上常见的离散体物质。颗粒物质与其他软物质体系的区别在于其尺寸较大一般在微米级别，其势能比kt大10¹²倍以上。颗粒体系能量会由于颗粒之间的摩擦和碰撞而消耗，呈现出很多特别的运动行为。

使用疏水的粉末包裹住液体，这个简单的现象叫做液体弹珠。液体弹珠外层颗粒的包裹降低了液体的挥发速度，而且被包裹的液体不会接触固体基底，会产生很大的接触角，表现出极佳的疏水性，液体弹珠在物体表面的移动阻力很小，受到微小的扰动就会快速的运动，并且在运动中避免了污染。关于液体弹珠的专利文献主要有以下这些：

公开号:104959086a的发明《利用柔性超疏水表面纸张制备液体弹珠的方法》公开了一种利用柔性超疏水纸张制备液体弹珠的新方法，先通过喷涂法得到柔性超疏水纸张基底，再将量超疏水粉末铺在柔性超疏水纸张表面，然后将水滴注到柔性超疏水纸张，利用柔性超疏水纸张的柔性翻折，使得液滴在疏水纸张表面来回滚动形成液体弹珠。具体包括以下工艺步骤：(1)柔性超疏水表面纸张的制备：将疏水二氧化硅粉末分散于无水乙醇形成悬浮液，然后以氮气为载气，柔性纸张为基底，通过喷涂法在基底上形成疏水二氧化硅涂层，得到柔性超疏水表面纸张；(2)液体弹珠的制备：将疏水粉末铺于柔性超疏水表面纸张上，用微量注射器将水滴注到柔性超疏水表面纸张上，然后晃动纸张，液滴在纸张上来回滚动使疏水粉末均匀包裹在液滴表面，形成白色液体弹珠。

公开号:104151571a的发明《一种利用含氟自组装胶束制备响应性液体弹珠的方法》公开了一种利用含氟自组装胶束制备响应性液体弹珠(liquidmarble)的方法，属于高分子材料与传感技术领域。制备方法为：将功能性亲水单体、疏水单体以及含氟单体进行自由基无规共聚得到响应性双亲性共聚物，利用自组装手段将无规共聚物进行自组装形成含氟的自组装胶束。将此类含氟的胶束粒子稳定包覆液体制备液体弹珠，可应用于气体传感、微流体运输、油污检测等领域。本发明以自组装有机粒子作为稳定粒子，可设计性强，易实现液体弹珠的响应性。包括如下步骤：(1)通过自由基聚合制备一种响应性双亲性含氟无规共聚物；(2)将步骤(1)所得的共聚物在选择性溶剂中进行自组装得到含氟自组装胶束粒子分散液，再经透析、冷冻干燥得到含氟自组装胶束粉末；(3)利用滚滴法将液体滚滴在步骤(2)所得的含氟自组装胶束粉末上制备得到液体弹珠。

公开号:105699428a的发明《一种测试乳液和液体弹珠稳定性的装置和方法》公开的测试乳液稳定性的方法，所述乳液包括油相材料、水相材料以及表面活性剂，其中所述水相材料以液滴的形式分散在所述油相材料中，所述方法包括：1)、在所述油相材料中形成由所述水相材料构成的第一液滴和第二液滴，并使所述第一液滴和所述第二液滴相互接触而不聚并；2)、该步骤选自如下步骤a)和b)之一：a)、在所述第一液滴与所述第二液滴之间施加一直流电压，并使所述直流电压逐渐增加，直到所述第一液滴和所述第二液滴聚并，此时所对应的直流电压的值为临界电压值，用于表征所述乳液的稳定性；b)、i)在所述第一液滴与所述第二液滴之间施加一交流电压，使所述交流电压的幅值固定，并逐渐降低频率，直到所述第一液滴和所述第二液滴聚并，此时所对应的频率值为对应于该幅值的临界频率值；ii)逐步增加所述交流电压的幅值，并在每个幅值下重复上述步骤i)得到与其对应的临界频率值，直到临界频率值收敛于一临界频率饱和值)，所述临界频率饱和值表征所述乳液的稳定性。

与液体弹珠应用有关的专利文献主要有公开号:105277545a的发明《一种基于液体弹珠的气体传感器及其制备方法》、公开号:105361242a的发明《一种基于液体弹珠的多功能型香烟爆珠及其制备方法》、公开号:105362086a的发明《一种基于液体弹珠的“固体”香水及其制备方法》公开的液体弹珠的制备方法主要为：包括如下步骤：以疏水性粉末为稳定剂，在稳定剂上方滴加含有指示剂的混合溶液，通过滚滴法制备液体弹珠。公开号:105560070a的发明《一种基于液体弹珠的多功能防晒霜及其制备方法》公开的多功能防晒霜的制备方法，包括如下步骤：将疏水性粉末和功能性液体按一定比例加入到搅拌机中，高速搅拌一定时间后得蓬松状的液体弹珠，即多功能防晒霜。

液体弹珠可以被分开、合并、漂浮，内部的液体可以被混合，这些操作可以满足液滴微流体的所有操作，并且很适合作为微量的反应容器用于生物及化学实验，可以应用于空气探测，水污染探测，测量血型等方面。在文献sarvif.,etal.cardiogenesisofembryonicstemcellswithliquidmarblemicro-bioreactor[j].advancedhealthcarematerials.2015,v4(1):77-86.和arbatant.,lil.,tianj.,shenw.,liquidmarblesasmicro-bioreactorsforrapidbloodtyping[j].advancedhealthcarematerials.2012,v1(1):80-83.中使用了聚四氟乙烯粉末和沉淀碳酸钙滚动产生液体弹珠，并在液体弹珠内进行化学和生物的实验。

在使用液体弹珠作为生物化学反应容器的时候，由于生产方法是传统的滚动方法，生产的液体弹珠表面颗粒密度低，稳定性不高，特别是透明度比较低，不能清晰看到内部的反应现象。急需一种稳定性好，透明度高的的液体弹珠产品。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种生产透明液体弹珠的方法，包括如下步骤：

控制室内温度在15-30℃，最好为20℃±2℃，室内湿度50％以上，准备sio2纳米颗粒制作液体弹珠，使用的二氧化硅是通过二甲基二氯硅烷修饰的气相沉积法制造的纳米颗粒，平均粒径在纳米级别。

先将静止的振动台平面覆盖一层塑料薄膜防止污染，将一个不亲水的塑料培养皿放在静止的电动振动台平面上进行操作，该塑料培养皿直径至少20mm。

在塑料培养皿内底部铺满一层二氧化硅粉末，粉末需要完全覆盖表面。

使用微量移液器滴下液滴10-1000微升，让液滴落在二氧化硅粉末层上。

开启电动振动台，参数设置为频率30-100hz，加速度20-30m/s²。震动时间在30-60s，对液滴和粉末进行振动处理即得液体弹珠。

较佳的，所述振动处理为频率70-90hz，加速度28-30m/s²。

较佳的，所述振动处理为频率60-80hz，加速度27-29m/s²。

较佳的，所述振动处理频率为50-60hz，加速度25-27m/s²。

较佳的，所述振动处理频率为50hz，加速度25m/s²。

所述液体弹珠稳定性高、透明度高，可以用于生物化学实验微型反应容器。

本发明生产的液体弹珠可以作为透明容器承载生物和化学实验。具体过程为：

控制实验室温度20℃，室内湿度50％，准备sio2纳米颗粒制作液体弹珠，使用的纳米颗粒是纳米二氧化硅疏水颗粒，平均粒径在纳米级别。

先将静止的振动台平面覆盖一层透明pvc薄膜防止污染振动台，将一个常见尺寸的pe塑料培养皿放在电动振动台的平面上进行操作。

在塑料培养皿上铺满一层二氧化硅粉末，均匀的完全覆盖表面。使用微量移液器吸取少量即将用于实验的液体，范围在10-1000微升，让液滴慢慢落在颗粒层上。

开启电动振动台，参数设置为频率30-100hz，加速度20-30m/s²。震动时间为30-60s，对液滴和粉末进行振动处理即产生了可以用于生物和化学实验的液体弹珠。

将振动处理后的液体弹珠从塑料培养皿中取出放在下一步实验用的培养皿中，这时液体弹珠清晰地呈现出液滴的颜色。

使用微量注射器将用于反应的不超过原液滴体积20％的微量液体注入液体弹珠中，就可以在透明的液体弹珠上观察到反应发生的颜色变化。

较佳的，所述振动处理为频率70-90hz，加速度28-30m/s²。

较佳的，所述振动处理为频率60-80hz，加速度27-29m/s²。

较佳的，所述振动处理频率为50-60hz，加速度25-27m/s²。

较佳的，所述振动处理频率为50hz，加速度25m/s²。

结合附图1-4能够说明：本发明方法生产的液体弹珠的透明度，远优于其他方法生产的液体弹珠。

有益效果

本发明是一种生产液体弹珠的方法，生产出的液体弹珠具有稳定性高，透明度高的特点，在实验中能更清晰的观察现象，有利于作为环保的微型生物化学实验容器进行实验。

附图说明

图1为体积为50微升的纯水滴透明度示意图；

图2为本发明方法生产的，体积为50微升的液体弹珠透明度示意图；

图3为传统方法使用500纳米直径的聚四氟乙烯颗粒生产的，体积为50微升的液体弹珠透明度示意图；

图4为传统方法使用纳米二氧化硅颗粒生产的，体积为50微升的液体弹珠透明度示意图。

具体实施方式

实施例1

一种生产透明液体弹珠的方法，包括如下步骤：

控制室内温度在15℃，室内湿度50％以上，准备sio2纳米颗粒制作液体弹珠，使用的二氧化硅是通过二甲基二氯硅烷修饰的气相沉积法制造的纳米颗粒，平均粒径在纳米级别。

先将静止的振动台平面覆盖一层塑料薄膜防止污染，将一个不亲水的塑料容器放在静止的电动振动台平面上进行操作，该塑料容器直径至少20mm。

在塑料容器内底部铺满一层二氧化硅粉末，粉末需要完全覆盖表面。

使用微量移液器滴下液滴10微升，让液滴落在二氧化硅粉末层上。

开启电动振动台，参数设置为频率30hz，加速度20m/s²。震动时间在60s，对液滴和粉末进行振动处理即得液体弹珠。

实施例2

一种生产透明液体弹珠的方法，包括如下步骤：

控制室内温度在30℃，室内湿度50％以上，准备sio2纳米颗粒制作液体弹珠，使用的二氧化硅是通过二甲基二氯硅烷修饰的气相沉积法制造的纳米颗粒，平均粒径在纳米级别。

先将静止的振动台平面覆盖一层塑料薄膜防止污染，将一个不亲水的塑料培养皿放在静止的电动振动台平面上进行操作，该塑料培养皿直径至少20mm。

在塑料培养皿内底部铺满一层二氧化硅粉末，粉末需要完全覆盖表面。

使用微量移液器滴下液滴1000微升，让液滴落在二氧化硅粉末层上。

开启电动振动台，参数设置为频率100hz，加速度30m/s²。震动时间在30s，对液滴和粉末进行振动处理即得液体弹珠。

实施例3

一种生产透明液体弹珠的方法，包括如下步骤：

控制室内温度在25℃，室内湿度50％以上，准备sio2纳米颗粒制作液体弹珠，使用的二氧化硅是通过二甲基二氯硅烷修饰的气相沉积法制造的纳米颗粒，平均粒径在纳米级别。

先将静止的振动台平面覆盖一层塑料薄膜防止污染，将一个不亲水的塑料培养皿放在静止的电动振动台平面上进行操作，该塑料培养皿直径至少20mm。

在塑料培养皿内底部铺满一层二氧化硅粉末，粉末需要完全覆盖表面。

使用微量移液器滴下液滴500微升，让液滴落在二氧化硅粉末层上。

开启电动振动台，参数设置为频率80hz，加速度27m/s²。震动时间在45s，对液滴和粉末进行振动处理即得液体弹珠。

实施例4

一种生产液体弹珠的方法，以及用所述方法生产的液体弹珠进行血型测试。具体过程为：

控制实验室温度22℃，室内湿度50％，准备sio2纳米颗粒制作液体弹珠，使用的纳米颗粒是纳米二氧化硅疏水颗粒，具体为通过二甲基二氯硅烷修饰的气相沉积法制造的纳米二氧化硅颗粒，平均粒径16nm。

先将静止的振动台平面覆盖一层透明pvc薄膜防止污染振动台，将一个pe塑料培养皿放在电动振动台的平面上进行操作，该塑料培养皿直径为50mm。

在塑料培养皿上铺满一层二氧化硅粉末，均匀的完全覆盖表面。使用微量移液器吸取待测的血液50微升，让液滴慢慢落在颗粒层上。

开启电动振动台，参数设置为频率50hz，加速度25m/s²。震动时间为30s，对血液和粉末进行振动处理即产生了液体弹珠。

将振动处理后的液体弹珠从塑料培养皿中取出放在测血型的培养皿中，这时液体弹珠清晰地呈现出血液的红色。

使用相同方法制作两个血液的液体弹珠，之后使用微量注射器将用于测试血型的a型凝集素和b型凝集素分别注入两个液体弹珠中，

(1)如果注射a型凝集素的血液出现血细胞凝集反应，由于凝集的红细胞沉淀到大理石底部，血液液体弹珠的初始单一红色分为两种清晰可辨的浅色和深红色部分。血液液体弹珠的这种颜色分离的出现表明发生了凝集反应，表明红细胞表面上存在相应的a型抗原。

注射b型凝集素的血液液体弹珠依然保持原来的红色，没有出现沉淀和色彩分层，说明该血液不含b型抗原，该血液样本是a型血。

(2)如果注射b型凝集素的血液出现血细胞凝集反应，由于凝集的红细胞沉淀到大理石底部，血液液体弹珠的初始单一红色分为两种清晰可辨的浅色和深红色部分。血液液体弹珠的这种颜色分离的出现表明发生了凝集反应，表明红细胞表面上存在相应的b型抗原。

注射a型凝集素的血液液体弹珠依然保持原来的红色，没有出现沉淀和色彩分层，说明该血液不含a型抗原，该血液样本是b型血。

(3)如果注射a型凝集素和b型凝集素的血液都出现血细胞凝集反应，说明该血液样本是ab型血。

(4)如果注射a型凝集素和b型凝集素的血液都没有出现血细胞凝集反应，说明该血液样本是o型血。

在测量血型的试验结束后可以直接倾斜倾倒检测血型所用的培养皿，由于液体弹珠不粘附不浸润的特性，该容器不会被污染，可以重复使用，起到了环保的效果，减少了一次性塑料容器的浪费。

实施例5

一种生产液体弹珠的方法，以及用所述方法生产的液体弹珠作为透明容器承载生物和化学的实验。具体过程为：

控制实验室温度20℃，室内湿度50％，准备sio2纳米颗粒制作液体弹珠，使用的纳米颗粒是纳米二氧化硅疏水颗粒，平均粒径在纳米级别。

先将静止的振动台平面覆盖一层透明pvc薄膜防止污染振动台，将一个常见尺寸的pe塑料培养皿放在电动振动台的平面上进行操作。

在塑料培养皿上铺满一层二氧化硅粉末，均匀的完全覆盖表面。使用微量移液器吸取少量即将用于实验的酚酞液体，具体为50微升，让酚酞液滴慢慢落在颗粒层上。

开启电动振动台，参数设置为频率50hz，加速度25m/s²。震动时间为30s，对液滴和粉末进行振动处理即产生了可以用于酚酞测试酸碱度实验的液体弹珠。

将振动处理后的酚酞液体弹珠从塑料培养皿中取出放在下一步实验用的培养皿中，这时液体弹珠清晰地呈现出酚酞液滴原来的无色透明状态。

使用微量注射器将用于反应的待测微量(5微升)液体注入液体弹珠中，就可以在透明的液体弹珠上观察到反应产生的颜色变化。

(1)如果酚酞液体弹珠变成了紫红色，说明待测液体是碱性的。

(2)如果酚酞液体弹珠保持无色，说明待测液体是酸性或中性的。