微流控芯片及碳量子點的合成方法
【專利摘要】本申請公開了一種微流控芯片及碳量子點的合成方法，該微流控芯片包括本體、以及形成于本體上的微通道，該微通道的一端形成有三個進(jìn)樣口，另一端形成有一出樣口，所述微通道包括依次設(shè)置于進(jìn)樣口和出樣口之間的混合通道和反應(yīng)通道，所述混合通道包括交替設(shè)置的第一通道和第二通道，所述第一通道和第二通道具有不同的寬度和/或長度，所述反應(yīng)通道由外向內(nèi)螺旋后再從內(nèi)向外螺旋。本發(fā)明在芯片上通過連續(xù)流的方法合成CDs。與體相工藝相比，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)時間大大縮短。
【專利說明】
微流控芯片及碳量子點的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請屬于利用微流控技術(shù)合成納米材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種微流控芯片及碳量子點的合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳量子點是一種尺寸在10nm以下，單分散性的準(zhǔn)球形熒光碳納米材料。自2004年在用電弧法合成碳納米管的過程中無意間發(fā)現(xiàn)carbon dots (CDs)的十余年以來，其憑借優(yōu)異的物理、化學(xué)及生物學(xué)性能(如:光致發(fā)旋光性、親水性、化學(xué)及光穩(wěn)定性、生物兼容性、低細(xì)胞毒性、易于功能化及電子學(xué)特性等)，在傳感學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、光電子學(xué)及催化學(xué)等領(lǐng)域迅速獲得了廣泛的關(guān)注。
[0003]與此同時，微流控芯片技術(shù)(microfluidicchip)由于其小體積、高通量、自動化精確控制等優(yōu)勢，在微納結(jié)構(gòu)材料的合成領(lǐng)域展現(xiàn)出其優(yōu)于宏觀反應(yīng)體系的優(yōu)勢。
[0004]目前⑶s的合成方法已經(jīng)趨于比較成熟，宏觀體系下的合成方法主要可以歸納為兩大類:自上而下(top-down)與自下而上(bottom-up)的合成方法。
[0005]自上而下法利用弧光放電、激光燒蝕、電化學(xué)氧化等手段，將尺寸較大的碳基材料(石墨烯、碳納米管、活性炭、蠟燭燃燒灰等)剝離出小尺寸的CDs產(chǎn)品。自上而下的方法普遍存在碳源利用率低，尺寸控制困難，雜質(zhì)多提純困難的缺點。
[0006]自下而上的合成法則是利用化學(xué)氧化、熱分解、微波加熱等手段使小尺寸的碳前軀體(有機(jī)聚合物、生物分子、農(nóng)副產(chǎn)品等)通過聚合碳化過程直接合成出表面含有各種官能團(tuán)的CDs。自下而上的方法存在反應(yīng)條件劇烈(如化學(xué)氧化法)，過程難以控制(如弧光放電法)，操作繁瑣，容易產(chǎn)生操作誤差，該類方法制備的CDs尺寸分布不均勻。
[0007]初步合成的CDs的焚光量子產(chǎn)率(quantumyield, QY)往往較低，性質(zhì)單一，需要進(jìn)行進(jìn)一步的表面修飾、元素?fù)诫s與鈍化等處理，才能獲得高熒光量子產(chǎn)率且具有實際應(yīng)用價值的⑶s產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種微流控芯片及碳量子點的合成方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
本申請實施例公開一種微流控芯片，包括本體、以及形成于本體上的微通道，該微通道的一端形成有三個進(jìn)樣口，另一端形成有一出樣口，所述微通道包括依次設(shè)置于進(jìn)樣口和出樣口之間的混合通道和反應(yīng)通道，所述混合通道包括交替設(shè)置的第一通道和第二通道，所述第一通道和第二通道具有不同的寬度和/或長度，所述反應(yīng)通道由外向內(nèi)螺旋后再從內(nèi)向外螺旋。
[0010]優(yōu)選的，在上述的微流控芯片中，所述混合通道曲線延伸。
[0011 ] 優(yōu)選的，在上述的微流控芯片中，所述第一通道的深X寬X長為600μπιΧ ΙΟΟΟμ??Χ2mm;所述第二通道的深X寬X長為600μπι X 400μπιΧ 3mm;所述反應(yīng)通道的深X寬為800 μπιX 1000 μπι ο
[0012]優(yōu)選的，在上述的微流控芯片中，所述三個進(jìn)樣口與混合通道之間分別通過第一進(jìn)樣通道、第二進(jìn)樣通道和第三進(jìn)樣通道連通，所述第一進(jìn)樣通道和第二進(jìn)樣通道之間的夾角為30°，所述第二進(jìn)樣通道和第三進(jìn)樣通道之間的夾角為30°。
[0013]優(yōu)選的，在上述的微流控芯片中，所述本體包括疊加設(shè)置的第一芯片層和第二芯片層，所述微通道凹設(shè)于所述第一芯片層的表面，所述第二芯片層與第一芯片層之間圍成所述微通道，所述進(jìn)樣口和出樣口開設(shè)于所述第一芯片層或第二芯片層上。
[0014]優(yōu)選的，在上述的微流控芯片中，所述本體的材質(zhì)為ΡΜΜΑ。
[0015]相應(yīng)的，本申請還公開了一種碳量子點的合成方法，包括:
51、將權(quán)利要求1至6任一所述的微流控芯片置于70_90°C的恒溫條件中；
52、第二進(jìn)樣口注入Cu(Ac )2溶液，第一進(jìn)樣口和第三進(jìn)樣口注入抗壞血酸溶液，反應(yīng)時間1-2小時；
53、反應(yīng)產(chǎn)物分散在溶液中從出樣口流出，在室溫下自然冷卻，離心分離沉淀物，保留上清液，清除殘余反應(yīng)物和雜質(zhì)，得到CDs濃縮液。
[0016]優(yōu)選的，在上述的碳量子點的合成方法中，所述Cu(Ac)2溶液流速為0.03-1μ? s
-1
O
[0017]優(yōu)選的，在上述的碳量子點的合成方法中，所述抗壞血酸溶液流速為0.07μ? S—1。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1、本發(fā)明控制底物在微通道內(nèi)溫和條件下反應(yīng)。從而實現(xiàn)自動化操作，條件可控，重現(xiàn)性好。
[0019]2、本發(fā)明通過反應(yīng)物在微反應(yīng)器內(nèi)限制性熱解法實現(xiàn)在合成過程中實現(xiàn)對產(chǎn)品尺寸的控制。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1所示為本發(fā)明具體實施例中微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2所不為圖1中A的放大不意圖；
圖3中，(A) CDs紫外可見吸收光譜；及CDs濃縮液分別在白熾燈和波長365 nm紫外線光源下的對比；(B) CDs的激發(fā)和發(fā)射光譜；(C) TEM圖和粒徑分布圖；(D) HRTEM圖；
圖4中，分別為本發(fā)明實施例獲得的CDs的:(A) XPS掃描全譜圖(B) Cls部分譜圖(C) FTIR 譜圖。
【具體實施方式】
[0022]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0023]結(jié)合圖1和圖2所示，微流控芯片，包括本體1、以及形成于本體上的微通道2，該微通道的一端形成有三個進(jìn)樣口 24，另一端形成有一出樣口 21，微通道包括依次設(shè)置于進(jìn)樣口和出樣口之間的混合通道22和反應(yīng)通道23，混合通道22包括交替設(shè)置的第一通道221和第二通道222，第一通道221寬度大于第二通道222，和/或第一通道221的長度小于第二通道222，反應(yīng)通道23由外向內(nèi)螺旋后再從內(nèi)向外螺旋。
[0024]該技術(shù)方案中，混合通道主要用以實現(xiàn)流經(jīng)液體的混合，其通過交替設(shè)置且具有不同尺寸的通道構(gòu)成，在一實施例中，第一通道221寬度大于第二通道222，在另一實施例中，第一通道221寬度大于第二通道222，同時第一通道221的長度小于第二通道222。
[0025]進(jìn)一步的，混合通道曲線延伸。
[0026]優(yōu)選的，第一通道的深X寬X長為600μηι X ΙΟΟΟμηι X 2mm;第二通道的深X寬X長為600ymX400ymX3mm;反應(yīng)通道的深 X 寬為800 μπι X 1000 μπι。
[0027]該技術(shù)方案中，混合通道由蛇形信道組成，信道內(nèi)設(shè)有大量的微結(jié)構(gòu)，由連續(xù)的深X寬X長為600μ?? X ΙΟΟΟμ?? X 2mm寬通道和600μ?? X 400ym X 3mm狹窄的通道組成，通過對流體的多次擠壓和舒張以提高混合效率;反應(yīng)部分由螺旋信道組成，信道由深X寬為800 μπιX 1000 μπι的通道組成，較大的尺寸和長度可保證較高的通量和較長的停留時間，從而實現(xiàn)⑶s納米顆粒的生長。
[0028]進(jìn)一步地，三個進(jìn)樣口24與混合通道之間分別通過第一進(jìn)樣通道241、第二進(jìn)樣通道242和第三進(jìn)樣通道連通243，第一進(jìn)樣通道241和第二進(jìn)樣通道242之間的夾角為30°，第二進(jìn)樣通道242和第三進(jìn)樣通道243之間的夾角為30°。
[0029]本體I包括疊加設(shè)置的第一芯片層和第二芯片層，微通道凹設(shè)于第一芯片層的表面，第二芯片層與第一芯片層之間圍成微通道，進(jìn)樣口和出樣口開設(shè)于第一芯片層或第二芯片層上。本體的材質(zhì)優(yōu)選為ΡΜΜΑ。
[0030]以下以合成碳量子點為例對上述微流控芯片應(yīng)用進(jìn)行說明，但是應(yīng)注意的是，本案微流控芯片同樣可用于其它化學(xué)合成:尺寸較小的量子點及納米簇的合成，包括S1、CdS、PbS、Zn0、CuInS2量子點及金屬納米簇等。
[0031 ]碳量子點合成方法:
將微流控芯片置于80°C的恒溫裝置中，第二進(jìn)樣口注入5 mM Cu(Ac)2溶液，流速為
0.06 μι S—1，其余兩個進(jìn)樣口注入抗壞血酸溶液，流速為0.07 μι S—1，總停留時間為lOOrnin。最后反應(yīng)產(chǎn)物分散在溶液中從出口流出，在室溫下自然冷卻，14000轉(zhuǎn)離心20min，保留上清液。之后利用透析管清除殘余反應(yīng)物和雜質(zhì)，得到⑶s濃縮液。
[0032]對獲得的CDs進(jìn)行測試，圖3所示分別為，(A)CDs紫外可見吸收光譜；及CDs濃縮液分別在白熾燈和波長365 nm紫外線光源下的對比；(B) CDs的激發(fā)和發(fā)射光譜；(C) TEM圖和粒徑分布圖；(D) HRTEM圖。
[0033]圖4所示分別為:(A)XPS掃描全譜圖(B) Cls部分譜圖(C) FTIR譜圖。
[0034]UV-vis, XPS,紅外光譜等表征結(jié)果表明⑶s表面有豐富的羥基集團(tuán)，具有極好的親水性和穩(wěn)定性。
[0035]X射線光電子能譜(XPS)用來表征CDs的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明存在兩種元素，分別為碳(Cls，286 eV)和氧(01s，533 eV;圖3 A)。能譜分析碳含量為58.77%。在Cls分峰后得到284.45 eV，286.05 eV和288.05 eV三個峰(圖3 B)，分別對應(yīng)于C=C, C-0和C=O鍵。傅里葉紅外變換光譜FITR結(jié)果(圖3 C)進(jìn)一步表明，在3396 cm—1附近存在廣泛的吸收帶，證明有大量羥基存在，從而有利于提高親水性、穩(wěn)定性以及在水中的分散性。同時，在1000-1300 cm—1處的吸收帶既包括了C-OH伸縮振動和-OH彎曲振動，進(jìn)一步表明了大量羥基的存在。
[0036]綜上所述，本發(fā)明優(yōu)點至少包括:
(1)反應(yīng)條件溫和(80V)
(2)與體相合成工藝相比大大縮短了反應(yīng)時間(100min)o
[0037](3)SEM表征結(jié)果表明合成的⑶s性能優(yōu)異，粒徑分布均勻(2_3nm)，雜質(zhì)少。
[0038]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0039]以上所述僅是本申請的【具體實施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本申請的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種微流控芯片，其特征在于，包括本體、以及形成于本體上的微通道，該微通道的一端形成有三個進(jìn)樣口，另一端形成有一出樣口，所述微通道包括依次設(shè)置于進(jìn)樣口和出樣口之間的混合通道和反應(yīng)通道，所述混合通道包括交替設(shè)置的第一通道和第二通道，所述第一通道和第二通道具有不同的寬度和/或長度，所述反應(yīng)通道由外向內(nèi)螺旋后再從內(nèi)向外螺旋。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片，其特征在于:所述混合通道曲線延伸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片，其特征在于: 所述第一通道的深X寬X長為600μ?? X ΙΟΟΟμ?? X 2mm； 所述第二通道的深X寬X長為600μπι X 400μπι X 3mm; 所述反應(yīng)通道的深X寬為800 μπι X 1000 μπι。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片，其特征在于:所述三個進(jìn)樣口與混合通道之間分別通過第一進(jìn)樣通道、第二進(jìn)樣通道和第三進(jìn)樣通道連通，所述第一進(jìn)樣通道和第二進(jìn)樣通道之間的夾角為30°，所述第二進(jìn)樣通道和第三進(jìn)樣通道之間的夾角為30°。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片，其特征在于:所述本體包括疊加設(shè)置的第一芯片層和第二芯片層，所述微通道凹設(shè)于所述第一芯片層的表面，所述第二芯片層與第一芯片層之間圍成所述微通道，所述進(jìn)樣口和出樣口開設(shè)于所述第一芯片層或第二芯片層上。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的微流控芯片，其特征在于:所述本體的材質(zhì)為PMMA。7.一種碳量子點的合成方法，其特征在于，包括: 51、將權(quán)利要求1至6任一所述的微流控芯片置于70-90°C的恒溫條件中； 52、第二進(jìn)樣口注入Cu(Ac )2溶液，第一進(jìn)樣口和第三進(jìn)樣口注入抗壞血酸溶液，反應(yīng)時間1-2小時； 53、反應(yīng)產(chǎn)物分散在溶液中從出樣口流出，在室溫下自然冷卻，離心分離沉淀物，保留上清液，清除殘余反應(yīng)物和雜質(zhì)，得到CDs濃縮液。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳量子點的合成方法，其特征在于:所述Cu(Ac)2溶液流速為.0.03_0.1 μI S1 ο9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳量子點的合成方法，其特征在于:所述抗壞血酸溶液流速為.0.07 μ? S10
【文檔編號】B82Y30/00GK106076218SQ201610382852
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月1日 公開號201610382852.0, CN 106076218 A, CN 106076218A, CN 201610382852, CN-A-106076218, CN106076218 A, CN106076218A, CN201610382852, CN201610382852.0
【發(fā)明人】聶富強(qiáng), 宋國慶, 林佑昇, 陳紅梅, 顧志鵬, 趙志海
【申請人】蘇州汶顥芯片科技有限公司