一種膠體晶體紙芯片及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種膠體晶體紙芯片及其制備方法，其特征在于該芯片是以膠體晶體紙為基底芯片材料，通過在膠體晶體表面構(gòu)筑親疏水的圖案制備而成。制備方法包括以下步驟：①制備膠體晶體膜；②在膠體晶體紙上制備出親疏水通道圖案；③在檢測區(qū)中固定化學(xué)顯色試劑或生物探針。本發(fā)明所提供的膠體晶體紙芯片具有制備方法簡便、孔隙率規(guī)整可控、分離效率高等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)多指標(biāo)的現(xiàn)場即時(shí)分離檢測，有望應(yīng)用于環(huán)境污染物的檢測、食品安全快速檢測及生化醫(yī)療檢測等方面。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光子晶體材料技術(shù)、紙芯片技術(shù)，具體涉及一種膠體晶體紙芯片及其 制備技術(shù)。 一種膠體晶體紙芯片及制備方法

【背景技術(shù)】
[0002] 為適應(yīng)臨床診斷和即時(shí)檢測的需求，芯片技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。實(shí)驗(yàn)室芯片的重要性和 應(yīng)用性已被廣泛認(rèn)知，現(xiàn)在的芯片研究主要集中于材料的易得、價(jià)廉、易于修飾、易于儲(chǔ)存 和運(yùn)輸，而紙芯片很好的體現(xiàn)了這些優(yōu)勢。自2007年whitesides組第一次提出紙芯片的 概念以來，紙芯片作為一種新型的檢測技術(shù)，已顯示出其在微型化、便攜化方面的巨大生命 力。紙可以作為分離和快速檢測技術(shù)的支撐材料，用紙作為基底代替玻璃、硅、石英、高聚物 等材料薄片，通過在紙上加工出具有一定結(jié)構(gòu)的親/疏水性微通道網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)分析部件， 實(shí)現(xiàn)分析實(shí)驗(yàn)室的微型化、集成化與便攜化，為環(huán)境監(jiān)測、食品安全檢測、臨床醫(yī)學(xué)等各應(yīng) 用領(lǐng)域提供新的技術(shù)平臺(tái)。然而，紙芯片的研究尚處在初期階段，有許多問題需要克服和解 決。如紙芯片能否得到好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及有好的應(yīng)用在很大程度上取決于所用濾紙材料的 空隙率和孔徑分布的大小及均勻程度。由于目前造紙工藝的限制，商品化的濾紙空隙率大 小及孔徑分布通常較廣，只能控制在某一大概范圍之內(nèi)，均勻性較差，這將大大影響流體的 一致性，此外濾紙的重復(fù)性較差，不同批次，不同廠家的紙可重復(fù)性不好。這些都對(duì)紙芯 片的分離效果和檢測結(jié)果產(chǎn)生具有較大的影響。
[0003] 膠體晶體是由一種或多種單分散的膠體納米顆粒組裝形成的具有二維或三維有 序結(jié)構(gòu)的一類物質(zhì)。膠體晶體中占據(jù)每一個(gè)晶格點(diǎn)的是一個(gè)個(gè)膠體顆粒，而不是通常晶體 中的分子、原子或離子。由于膠體粒子的長程有序排列，在膠體晶體的內(nèi)部形成了規(guī)整有序 的孔隙，并且這些孔隙的大小可以方便地通過調(diào)整膠體納米顆粒的大小來實(shí)現(xiàn)。
[0004] 因此，在本發(fā)明中，我們以膠體晶體代替目前紙芯片中使用的濾紙，制備了 一種膠 體晶體紙芯片。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問題：本發(fā)明的目的在于提供一種膠體晶體紙芯片及制備技術(shù)，解決現(xiàn)有紙 芯片技術(shù)中濾紙的空隙率和孔隙大小不均勻性對(duì)分離效果和檢測靈敏度的影響。
[0006] 技術(shù)方案：為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：
[0007] 本發(fā)明的膠體晶體紙芯片是以膠體晶體紙為基底材料而獲得，所述的膠體晶體紙 是膠體納米粒子有序自組裝而獲得的，所述膠體納米粒子的粒徑在50nm_10 μ m之間。
[0008] 所述的膠體晶體為聚苯乙烯、二氧化硅、二氧化鈦、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸 乙酯或聚乙烯中的一種。
[0009] 所述的膠體晶體紙是蛋白石結(jié)構(gòu)，或反蛋白石結(jié)構(gòu)。
[0010] 本發(fā)明的膠體晶體紙芯片及制備方法制備方法具體包括以下幾個(gè)步驟：
[0011] 1)膠體晶體紙的制備：單分散膠體粒子溶液使用垂直沉積或靜電自組裝的方法 制備膠體晶體紙；
[0012] 2)在膠體晶體紙上使用光刻技術(shù)、蠟印技術(shù)或等離子處理技術(shù)形成親疏水的通道 網(wǎng)絡(luò)圖案；
[0013] 3)在檢測區(qū)域固定化學(xué)顯色試劑或生物探針，制備得到膠體晶體紙芯片。
[0014] 所述膠體納米粒子的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在10%?90%之間。
[0015] 有益效果：相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
[0016] 本發(fā)明通過將膠體晶體紙代替濾紙，成功實(shí)現(xiàn)空隙大小和孔隙率的控制和優(yōu)化， 解決了現(xiàn)有紙芯片中流體一致性問題。芯片制作方法操作簡單，可重復(fù)性高，成本低廉。芯 片檢測可以化學(xué)顯色反應(yīng)、生物免疫反應(yīng)、酶催化反應(yīng)或核酸雜交等原理實(shí)現(xiàn)，因此在環(huán)境 監(jiān)測、食品安全檢測、臨床醫(yī)學(xué)等各領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1膠體晶體紙芯片示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 該芯片以膠體晶體紙為基底材料，所述的膠體晶體紙是膠體納米粒子有序自組裝 而獲得的，所述的膠體晶體紙可通過垂直沉積法、靜電自組裝等方法來實(shí)現(xiàn)。所述的膠體晶 體紙可以是蛋白石結(jié)構(gòu)，或反蛋白石結(jié)構(gòu)。
[0019] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種膠體晶體紙芯片的制備方法所述方法包含以下 步驟：
[0020] (1)膠體晶體紙的制備：單分散膠體粒子溶液使用垂直沉積或靜電自組裝的方法 制備膠體晶體紙。
[0021] (2)在膠體晶體紙上使用光刻技術(shù)、蠟印技術(shù)或等離子處理技術(shù)等方法形成親疏 水的通道網(wǎng)絡(luò)圖案。
[0022] (3)在檢測區(qū)域固定化學(xué)顯色試劑或生物探針（如酶、核酸、抗原抗體等），制備得 到膠體晶體紙芯片。
[0023] 優(yōu)選的，所述方法中的膠體納米粒子的粒徑在50nm-10 μ m之間，所述的膠體納米 粒子為聚苯乙烯、二氧化硅、二氧化鈦、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚乙烯中的一 種。
[0024] 以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述方案做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說明 本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體檢測的條件做 進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫 離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，應(yīng)當(dāng)可以做出各種修改與變更。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍 應(yīng)當(dāng)視為所附的權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0025] 實(shí)施例1膠體晶體紙芯片的制備
[0026] (1)膠體晶體紙的制備：將單分散的500nm的二氧化硅膠體納米粒子進(jìn)行離心純 化，調(diào)節(jié)膠體粒子溶液中膠體納米粒子的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40%，使用垂直沉積的方法在親水 處理過的玻片表面形成均勻的膠體晶體紙。
[0027] (2)在膠體晶體紙上使用蠟打印技術(shù)形成親疏水的通道網(wǎng)絡(luò)圖案，加熱使固體蠟 融化成液體滲透到光子晶體紙中，形成疏水阻擋層，制得具有親水通道的膠體晶體紙芯片。 在進(jìn)樣口滴加樣品溶液，由于邊緣疏水作用及流體通道的親水性，樣品溶液將沿著親水通 道進(jìn)入檢測點(diǎn)。
[0028] (3)在親水性檢測區(qū)域固定化學(xué)顯色試劑，制備得到膠體晶體紙芯片。。
[0029] 實(shí)施例2膠體晶體紙芯片的制備
[0030] (1)膠體晶體紙的制備：將單分散的400nm的聚苯乙烯膠體粒子進(jìn)行離心純化，調(diào) 節(jié)膠體粒子溶液中膠體納米粒子的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30 %，使用靜電自組裝的方法在親水處理 過的玻片表面形成均勻的膠體晶體紙。
[0031] (2)在膠體晶體紙上使用等離子處理技術(shù)形成親疏水的通道網(wǎng)絡(luò)圖案，制得具有 親水通道的膠體晶體紙芯片。
[0032] (3)在親水性檢測區(qū)域固定核酸探針，制備得到膠體晶體紙芯片。
[0033] 實(shí)施例3膠體晶體紙芯片的制備
[0034] (1)膠體晶體紙的制備：將單分散的lum的聚甲基丙烯酸甲酯膠體粒子進(jìn)行離心 純化，調(diào)節(jié)膠體粒子溶液中膠體納米粒子的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20%，使用垂直沉積的方法在親 水處理過的玻片表面形成均勻的膠體晶體紙。
[0035] (2)在膠體晶體紙上使用光刻技術(shù)形成親疏水的通道網(wǎng)絡(luò)圖案。首先將光膠涂覆 在膠體晶體紙上甩勻，使濾紙變?yōu)槭杷?，然后在掩膜的輔助作用下，利用紫外燈對(duì)濾紙 上的光膠進(jìn)行光交聯(lián)聚合，形成疏水"壩"。除掉未曝光的光膠，從而在濾紙上形成了親疏 水網(wǎng)絡(luò)通道，制得膠體晶體紙芯片。
[0036] (3)在親水性檢測區(qū)域固定抗體，制備得到膠體晶體紙芯片。
【權(quán)利要求】
1. 一種膠體晶體紙芯片，其特征在于該紙芯片是以膠體晶體紙為基底材料而獲得， 所述的膠體晶體紙是膠體納米粒子有序自組裝而獲得的，所述膠體納米粒子的粒徑在 50nm_10 μ m 之間。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種膠體晶體紙芯片，其特征在于所述的膠體晶體為聚苯乙 烯、二氧化硅、二氧化鈦、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯或聚乙烯中的一種。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種膠體晶體紙芯片，其特征在于所述的膠體晶體紙是蛋白石 結(jié)構(gòu)，或反蛋白石結(jié)構(gòu)。
4. 一種如權(quán)利要求1所述的膠體晶體紙芯片及制備方法制備方法，其特征在于該制備 方法具體包括以下幾個(gè)步驟： 1) 膠體晶體紙的制備：單分散膠體粒子溶液使用垂直沉積或靜電自組裝的方法制備 膠體晶體紙； 2) 在膠體晶體紙上使用光刻技術(shù)、蠟印技術(shù)或等離子處理技術(shù)形成親疏水的通道網(wǎng)絡(luò) 圖案； 3) 在檢測區(qū)域固定化學(xué)顯色試劑或生物探針，制備得到膠體晶體紙芯片。
5. 如權(quán)利要求4所述的膠體晶體紙的制備方法，其特征在于所述膠體納米粒子的質(zhì)量 百分?jǐn)?shù)在10%?90%之間。
【文檔編號(hào)】B01L3/00GK104096609SQ201410348630
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】顧忠澤, 葉寶芬, 劉宏 申請(qǐng)人:東南大學(xué)