專利名稱:一種物理粘附法制備pvdf微顆粒探針的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于原子力顯微鏡(AFM)探針制備領(lǐng)域，具體涉及一種物理粘附法制備PVDF微顆粒探針的裝置及方法。
背景技術(shù)：
原子力顯微鏡(AFM)自1986年問世以來，經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展，以其原子級分辨率、無需進(jìn)行樣品預(yù)處理，并可在空氣、真空、液態(tài)等不同環(huán)境下有效測定AFM探針與樣品之間的相互作用力等特點(diǎn)，已被廣泛地應(yīng)用于生物、化學(xué)、膠體、環(huán)境等領(lǐng)域微觀作用力的測定分析。但是，普通的AFM探針是由硅化物制備而成，所以用普通AFM探針測定的微觀 作用力是硅化物與樣品之間的作用力，并不能滿足廣大研究者的應(yīng)用要求，因此探針改性技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。其中Ducker及Butt等人提出的用成分已知的球形微顆粒探針取代普通探針測量微觀作用力的探針改性技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注，此技術(shù)的核心就是在AFM微懸臂自由端粘附尺寸與成分已知的微顆粒得到AFM微顆粒探針，以此來測定微顆粒探針與特定樣品表面間的相互作用力。與傳統(tǒng)探針相比，微顆粒改性探針具有自身顆粒物成分已知、種類多、球形結(jié)構(gòu)抗外界干擾的能力強(qiáng)、能有效定量測定微顆粒與被測樣品表面間的微觀作用力等優(yōu)點(diǎn)。
微顆粒探針改性技術(shù)同樣受到分離膜研究者的青睞，在過去的幾年中，一些分離膜研究者以-C00H，-0H及牛血清蛋白(BSA)取代最典型的分離膜有機(jī)污染物腐殖質(zhì)、多糖、蛋白質(zhì)，制備了 _C00H，-0H及BSA微顆粒探針，以此來測定微顆粒探針與不同污染程度的分離膜之間的相互作用力，從而得到污染物-膜及污染物-污染物之間的相互作用力，為分離膜污染機(jī)理解析提供了有價(jià)值的理論基礎(chǔ)。但是，-C00H, -OH及BSA微顆粒不但價(jià)格昂貴、種類單一、來源范圍窄、制備方法復(fù)雜，而且容易變性、成品率低、對保存條件、制備條件及測試環(huán)境的要求非常嚴(yán)格；此外，上述探針只是代表了分離膜污染物中的單一污染物，而且在復(fù)雜水質(zhì)條件下容易和水中其他污染物相互反應(yīng)，影響微觀力的測定?；诖?，本發(fā)明使用來源廣泛，價(jià)格低，化學(xué)性能穩(wěn)定，應(yīng)用最廣泛的膜材料之一——PVDF制備微顆粒探針。但是，直接購買的PVDF微顆粒粒徑范圍主要分布于30-200 μ m之間，小于20 μ m的微顆粒非常少，所以本發(fā)明采用熔融凝膠法制備5-20 μ m的PVDF顆粒，即在高溫下使用PVDF的非溶劑和溶劑的混合液溶解PVDF，溶解過程溶劑不斷蒸發(fā)，最后只剩下非溶劑，迅速冷卻非溶劑與PVDF的混合液，使得PVDF凝膠固化。此方法不但有效去除了 PVDF顆粒表面防團(tuán)聚的活性劑，而且得到大量5-20 μ m的PVDF顆粒，可用于PVDF探針的制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，其目的之一是提供一種AFM微顆粒探針制備裝置，該裝置簡單快捷、易于操作、實(shí)用性強(qiáng)、成本低。
本發(fā)明的另一目的在于提供基于該AFM微顆粒探針制備裝置的物理粘附法制備PVDF微顆粒探針的方法。該方法流程簡單、成本低、易于實(shí)現(xiàn)、實(shí)用性強(qiáng)。[0006]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
一種物理粘附法制備PVDF微顆粒探針的裝置，包括設(shè)置在基礎(chǔ)臺(tái)上的微操作器和顯微鏡，所述微操作器端頭設(shè)置有“L型”探針夾，所述顯微鏡的鏡頭與“L型”探針夾相對設(shè)置。
進(jìn)一步的，本發(fā)明所述裝置中
所述“L型”探針夾由“L型”連接桿螺紋連接在探針臺(tái)上組合而成，所述探針臺(tái)端面設(shè)置有放置AFM無針尖探針的探針槽，所述探針槽的上端設(shè)置有通過螺絲固定的簧片；所述簧片的延伸端、探針臺(tái)的末端設(shè)置有用以支起簧片的“ I型”銅柱。
所述“L型”探針夾由不銹鋼材料制作，其通過連接桿A端與微操作器相連；探針臺(tái)通過螺紋與連接桿的B端相連且可0-360°任意旋轉(zhuǎn)；AFM無針尖探針放置于設(shè)置在探針臺(tái)上的探針槽中，由螺絲固定的簧片固定探針槽中的AFM探針；設(shè)置在探針臺(tái)末端的“ I ”型 銅柱可豎直方向移動(dòng)，用以支起簧片。
相應(yīng)地，本發(fā)明給出了利用上述裝置進(jìn)行物理粘附法制備PVDF微顆粒探針的方法，該方法包括下述步驟
I)將PVDF微顆粒置于有機(jī)溶劑含量為10wt%-20wt%的水溶液中，60— 80°C攪拌l-2h后向水溶液中加入冰塊，至水溶液溫度達(dá)0°C ；
2)將步驟I)所得含有PVDF微顆粒的水溶液超聲分散lOmin，后用5 μ L移液槍移取水溶液至第一載玻片a表面，自然干燥后得到PVDF微顆粒，待用；
3 )將AFM無針尖探針安裝在設(shè)置于探針臺(tái)上的探針槽內(nèi)，通過微操作器控制夾持有AFM無針尖探針的探針臺(tái)的三維移動(dòng)；
4)將粘附劑液滴移至第二載玻片b表面，然后將第二載玻片b置于顯微鏡視野中；
5)將探針槽所在的平面朝下，通過微操作器控制“L型”探針夾的三維移動(dòng)，使得夾持在探針槽內(nèi)的AFM無針尖探針懸臂自由端粘上粘附劑；
6)將第二載玻片b從顯微鏡視野中移走，將步驟2)所得載有PVDF微顆粒的第一載玻片a移至顯微鏡視野下；
7)控制夾持有AFM無針尖探針微懸臂的探針臺(tái)三維移動(dòng)，將目的PVDF微顆粒粘附在AFM無針尖探針微懸臂自由端；
8)將粘附有PVDF微顆粒的AFM無針尖探針自探針臺(tái)上取下，自然干燥后得到PVDF微顆粒探針。
進(jìn)一步的，本發(fā)明所述方法中
所述PVDF微顆粒是5-20 μ m的PVDF粒子。
所述有機(jī)溶劑為N，N- 二甲基乙酰胺、N, N- 二甲基甲酰胺、二甲基亞砜，N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種。
所述粘附劑包括但不限于環(huán)氧樹脂或美國樂泰玻璃膠。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果為該發(fā)明所用裝置簡單快捷、易于操作、實(shí)用性強(qiáng)、成本低。該發(fā)明通過使用熔融凝膠法制備5-20μπι的PVDF微顆粒，方法簡單易行，成本低。該發(fā)明制備的PVDF微顆粒探針與傳統(tǒng)的用來解析膜污染機(jī)理的-C00H，-OH及BSA微顆粒探針相比較，不但價(jià)格低、來源廣泛、對制備及測試環(huán)境無要求、不易變性，而且容易吸附各種污染物，得到多種實(shí)際污染物探針。


圖1是AFM探針制備裝置系統(tǒng)圖；
圖2是“L型”探針夾示意圖；
圖3是5 μ m的PVDF微顆粒探針顯微鏡下視圖；
圖4是10 μ m的PVDF微顆粒探針顯微鏡下視圖；圖5是20 μ m的PVDF微顆粒探針顯微鏡下視圖；
圖6是17 μ m的PVDF微顆粒探針顯微鏡下視圖。
圖中1、微操作器；2、“L型”探針夾；3、顯微鏡；4、連接桿；5、探針臺(tái)；6、螺絲；7、簧片；8、探針槽；9、“ I”型銅柱。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明，但是所述實(shí)例并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
本發(fā)明的裝置見圖1所示，包括設(shè)置在基礎(chǔ)臺(tái)上的微操作器I和顯微鏡3，微操作器I端頭設(shè)置有“L型”探針夾2，顯微鏡3的鏡頭與“L型”探針夾2相對設(shè)置。
如圖2所示，“L型”探針夾2由“L型”連接桿4螺紋連接在探針臺(tái)5上組合而成，探針臺(tái)5端面設(shè)置有放置AFM無針尖探針的探針槽8，探針槽8的上端設(shè)置有通過螺絲6固定的簧片7 ;簧片7的延伸端、探針臺(tái)5的末端設(shè)置有用以支起簧片7的“ I型”銅柱9。該“L型”探針夾2采用不銹鋼材料制作。
本發(fā)明的方法通過下述實(shí)施例做詳細(xì)說明。
實(shí)施例1
I)將商業(yè)購買的PVDF微顆粒置于N，N- 二甲基乙酰胺含量為20wt%的水溶液中，60°C下攪拌溶解1. 5h后，停止對水溶液的加熱，繼續(xù)攪拌且往水溶液中不斷加入冰塊,直至混合液溫度達(dá)到0°C ；
此方法的主要機(jī)理是有機(jī)溶劑為PVDF溶劑，而水為PVDF非溶劑，PVDF在高溫下攪拌溶解的過程中，有機(jī)溶劑不斷揮發(fā)的同時(shí)PVDF粒子在不斷溶解，其粒徑也在不斷減小，當(dāng)有機(jī)溶劑揮發(fā)完全后迅速降溫冷卻，使得PVDF微顆粒在水溶液中迅速凝膠固化，得到小粒徑的PVDF微顆粒。
2)將步驟I)所得含有PVDF微顆粒的水溶液超聲分散lOmin，超聲結(jié)束后用5 μ L移液槍移取水溶液到第一載玻片a表面；自然干燥后得到PVDF微顆粒，待用；
3)松開螺絲6，將置于探針槽8上方的簧片7沿90。移轉(zhuǎn)，將AFM無針尖探針一端安裝在探針槽8內(nèi)，將簧片7沿-90 °移轉(zhuǎn)壓至安放于探針槽8內(nèi)的AFM無針尖探針上，然后擰緊固定簧片的螺絲6 ;最后用微操作器I上的固定螺絲將連接桿4的A端與微操作器I相連，此時(shí)可通過微操作器I控制AFM無針尖探針的三維移動(dòng)；
4)使用5 μ L移液槍將311環(huán)氧樹脂液滴移至第二載玻片b表面，然后將第二載玻片b置于顯微鏡3的視野中；
5)以連接桿4的B端為軸，旋轉(zhuǎn)探針臺(tái)5，使得探針槽8所在的平面朝下；然后通過微操作器I控制“L型”探針夾2的三維移動(dòng)，即AFM無針尖探針的上下、左右、前后移動(dòng)，從而來調(diào)節(jié)AFM無針尖探針微懸臂自由端與311環(huán)氧樹脂的相對位置，調(diào)好后通過微操作器I控制微懸臂的上下移動(dòng)，使得AFM無針尖探針懸臂自由端粘上311環(huán)氧樹脂；
6)將第二載玻片b從顯微鏡3視野中移走，將步驟2)所得載有PVDF微顆粒的第一載玻片a移至光學(xué)顯微鏡3視野下；
7)在第一載玻片a表面找到5 μ m的PVDF微顆粒，通過微操作器I控制AFM探針懸臂的三維移動(dòng)來調(diào)節(jié)微懸臂自由端與PVDF微顆粒的相對位置，然后調(diào)節(jié)控制夾持有AFM無針尖探針微懸臂的探針臺(tái)5的上下移動(dòng)，通過無針尖探針微懸臂自由端的311環(huán)氧樹脂將PVDF粘附在懸臂自由端；
8)將探針臺(tái)5進(jìn)行180°旋轉(zhuǎn)，將粘附有PVDF微顆粒的AFM無針尖探針自探針臺(tái) 5上取下，自然干燥得到PVDF微顆粒探針。
9)用“ I ”型銅柱9頂起簧片7，松開固定簧片的螺絲6，用鑷子取下所得PVDF微顆粒探針，制備結(jié)束。所得PVDF探針見圖3所示。
實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4
實(shí)施例2、3、4制備步驟及設(shè)備工藝流程同實(shí)施例1，具體制備條件如下表
參數(shù)實(shí)施例2 實(shí)施例3實(shí)施例4
N N-二甲二甲基亞體積比為1:1的二甲基亞砜倒合」__基甲酰胺砜 與N-甲基吡咯烷酮混合液
有機(jī)溶劑所占質(zhì)量百分比 10%15%__20%_
攪拌溫度(°C)__70__80__60_
攪拌時(shí)間(h)2I1.5
目的PVDF粒徑/μ m92017
粘附劑環(huán)氧樹脂美國樂泰玻璃膠___玻輛月父__
所得探針圖片g4 5M6
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種物理粘附法制備PVDF微顆粒探針的裝置，其特征在于，包括設(shè)置在基礎(chǔ)臺(tái)上的微操作器(I)和顯微鏡(3)，所述微操作器(I)端頭設(shè)置有“L型”探針夾(2)，所述顯微鏡(3)的鏡頭與“L型”探針夾(2)相對設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的物理粘附法制備PVDF微顆粒探針的裝置，其特征在于，所述“ L型”探針夾(2 )由“ L型”連接桿(4 )螺紋連接在探針臺(tái)(5 )上組合而成，所述探針臺(tái)(5 )端面設(shè)置有放置AFM無針尖探針的探針槽(8 )，所述探針槽(8 )的上端設(shè)置有通過螺絲(6 )固定的簧片(7);所述簧片(7)的延伸端、探針臺(tái)(5)的末端設(shè)置有用以支起簧片(7)的“ I型”銅柱(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的物理粘附法制備PVDF微顆粒探針的裝置，其特征在于，所述“L型”探針夾(2)由不銹鋼材料制作。
4.一種基于權(quán)利要求
1所述裝置的物理粘附法制備PVDF微顆粒探針的方法，其特征在于，包括以下步驟 1)將PVDF微顆粒置于有機(jī)溶劑含量為10wt%-20wt%的水溶液中，在60—80°C下攪拌l-2h后向水溶液中加入冰塊，至水溶液溫度達(dá)到0°C ； 2)將步驟I)所得含有PVDF微顆粒的水溶液用超聲分散lOmin，后用5μ L移液槍移取水溶液至第一載玻片a表面，自然干燥后得到PVDF微顆粒，待用； 3)將AFM無針尖探針安裝在設(shè)置于探針臺(tái)(5)上的探針槽(8)內(nèi)；通過微操作器(I)控制夾持有AFM無針尖探針的探針臺(tái)(5)的三維移動(dòng)； 4)將粘附劑液滴移至第二載玻片b表面，然后將第二載玻片b置于顯微鏡(3)視野中； 5)將探針槽(8)所在的平面朝下，通過微操作器(I)控制“L型”探針夾(2)的三維移動(dòng)，使得夾持在探針槽(8)內(nèi)的AFM無針尖探針微懸臂自由端粘上粘附劑； 6)將第二載玻片b從顯微鏡(3)視野中移走，將步驟2)所得載有PVDF微顆粒的第一載玻片a移至顯微鏡(3 )視野下； 7)控制夾持有AFM無針尖探針的探針臺(tái)(5)三維移動(dòng)，將目的PVDF微顆粒粘附在AFM無針尖探針微懸臂自由端； 8)將粘附有PVDF微顆粒的AFM無針尖探針自探針臺(tái)(5)上取下，自然干燥后得到PVDF微顆粒探針。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的一種物理粘附法制備PVDF微顆粒探針的方法，其特征在于，所述PVDF微顆粒是5-20 μ m的PVDF粒子。
6.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的一種物理粘附法制備PVDF微顆粒探針的方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為N，N- 二甲基乙酰胺、N, N- 二甲基甲酰胺、二甲基亞砜，N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的一種物理粘附法制備PVDF微顆粒探針的方法，其特征在于，所述粘附劑包括但不限于環(huán)氧樹脂或美國樂泰玻璃膠。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種物理粘附法制備PVDF微顆粒探針的裝置及方法，裝置包括設(shè)置在基礎(chǔ)臺(tái)上的微操作器和顯微鏡，微操作器端頭設(shè)置有“L型”探針夾，顯微鏡的鏡頭與“L型”探針夾相對設(shè)置。方法包括制備5-20μm的PVDF微顆粒；使用粘附劑將所得微顆粒粘附于AFM無針尖探針微懸臂自由端，干燥固化后得到PVDF微顆粒探針。本發(fā)明適用于各種微顆粒探針的制備，其操作簡單，實(shí)用性強(qiáng)。所制備PVDF微顆粒探針成本低，來源廣泛，可用于不同水質(zhì)條件下膜-污染物及污染物之間微觀力的定量測定，以此來解析膜污染機(jī)理。
文檔編號G01Q60/38GKCN103018492SQ201210476388
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月21日
發(fā)明者苗瑞, 王磊, 呂永濤, 王旭東, 黃丹曦, 孟小榮, 鞠愷, 馮玲, 劉紫文 申請人:西安建筑科技大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan