[发明专利]微域光热复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明申请涉及一种加热装置，尤其涉及一种微加热装置，属于微流控芯片技术领域。

背景技术

微流控芯片技术(Microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。微流控芯片包括白金电阻芯片、压力传感芯片、电化学传感芯片、微/纳米反应器芯片、微流体燃料电池芯片、微/纳米流体过滤芯片等。

微流控芯片可以被用来操纵和分析微米尺寸空腔里面的微量流体，从而可以节省原料并加快反应速度。其潜在的应用范围涵盖了从生化分析到药物开发等领域。在实际应用中，微流控芯片上的各个微反应腔通常需要独立的温度控制，另外微米尺度的温度梯度还可以产生热致的毛细驱动力，用来引导微流腔内的流体流动，从而操纵腔内的液滴或气泡。

现有的微流控芯片上的温度控制主要是通过电阻加热手段和光学加热手段来实现。对前者而言，电阻元件的集成和必要的电路布线使得微流控芯片制造的复杂度大大增加；此外，由于能提供有效加热的电阻元件一般有毫米大小或更大，亚毫米级的局域温度控制变很难达到。光学加热手段可以方便地实现局部的温度控制，但往往需要辅以强吸光材料；吸光材料的使用常常需要额外的加工工艺，而且这些材料往往容易渗入微流腔内，对样品的光学分析带来干扰。

发明内容

本发明申请即是针对现有的微流控芯片中的温度控制技术中存在的上述不足之处，提供一种简单实用、可实现在微流控芯片上小范围加热的微加热技术。

本发明申请使用一种新型的复合材料来制备具有不同吸收光吸收波长的微流控芯片，这种复合材料具有可调节的窄光吸收窗口和很高的光热转换效率，并且可以有效避免对试样的污染。

本发明申请的一个目的是提供一种微域光热复合材料的制备方法，其包括如下的步骤：

1、金纳米颗粒的表面修饰：

在金纳米颗粒浓度为1×10^-10～3×10^-10mol/L的水溶液中加入能够包覆金纳米颗粒的聚合物分子，使得混合溶液中聚合物分子的浓度为0.8～1.2×10^-4mol/L，将溶液静置4～6小时，聚合物分子即可成功包覆到金纳米颗粒的表面，然后将溶液离心，其离心加速度为8500g～9500g，移除上清液后，向沉淀中加入适量的乙醇并进行超声处理，直到溶液澄清并分散开；

2、将金纳米颗粒嵌入二甲基硅氧烷材料：

将步骤1中得到的包覆聚合物分子的金纳米颗粒的乙醇溶液加入10倍体积的液态二甲基硅氧烷中搅拌均匀，使得包覆聚合物分子的金纳米颗粒浓度为5～9×10^-10mol/L，将混合溶液进行超声处理，直至混合溶液变为澄清，超声过程中保持温度在10～25℃之间且不可让水滴入样品，此时即可得到均匀分散有金纳米颗粒的二甲基硅氧烷材料；

3、用金纳米颗粒-二甲基硅氧烷复合材料制备微流控芯片：

将二甲基硅氧烷材料聚合剂(PDMS-B)加入到6～10倍体积的嵌入金纳米颗粒的二甲基硅氧烷材料(Au-PDMS-A)中，进行混合搅拌直至均匀，再将混合溶液倾倒在需要的光刻制备好的SU-8胶模上面，经过60～80℃的烘箱烘烤20～60分钟，即可得到成型的微流控芯片。

进一步的，所述的能够包覆金纳米颗粒的聚合物包括分子量大于5000g/mol的巯基聚乙二醇(thiol-terminated methoxy poly(ethylene glycol)/mPEG-SH)、分子量为约15000g/mol的聚烯丙基胺盐酸盐(poly(allylamine hydrochloride)/PAH)、分子量为约15000g/mol的聚丙烯酸钠(盐)(poly(acrylic acid，sodium salt)/PAA)或聚苯乙烯磺酸钠(poly(sodium 4-styrenesulfonate)/PSS)。

进一步的，在步骤1中，加入的乙醇为分析纯的乙醇，乙醇的体积小于或等于离心前金纳米颗粒溶液体积的1/40。

进一步的，在步骤1和步骤2中，在进行超声处理的过程中，超声机的中心频率为40000赫兹，超声时间为2～4小时。