CN108508169A - 利用阵列梯度的液滴自驱动功能层检测医用酒精有效性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于阵列梯度所产生的表面能梯度的液滴自驱动的功能层，可用于酒精浓度检测，所述功能层划分成多个连续的区域，每个区域均具有多个亲水的图案，图案以外部分疏水；所述图案按照矩阵式排列；所述图案为圆形；从基体加样端沿基体轴向方向向基体检测端，区域内单个图案的面积相同，图案间距呈梯度递减，相应的，区域内的亲水区所占比例呈梯度递增。该功能层对不同浓度的酒精具有对应的流动长度，因此通过铺展长度实现对酒精浓度高低的鉴别，即可检测医用酒精是否在有效浓度范围内。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于阵列梯度所产生的表面能梯度的液滴自驱动的功能层及其在医用酒精浓度检测中的应用。
背景技术
在日常生活中，常见一些人用医用酒精擦洗伤口，以达到灭菌消毒的目的。但值得注意的是，不同浓度的酒精用途不同，40％～50％的酒精可预防褥疮，
25％～50％的酒精可用于物理退热。由于酒精的挥发性，酒精的浓度会随着时间的流逝而减小，所以医用酒精有效性的检测就显得至关重要了。
酒精浓度检测方法一般分为两大类，化学方法和物理方法。化学方法为利用酒精的化学性质而设计的检测方法。酒精的化学式为C2H5OH，结构中有化学性质较活泼的羟基(-OH)，其在一定的条件下可起多种化学反应，其中之一为氧化，即在氧化剂参与下使酒精氧化成羧酸。医疗用酒精检测就是利用这一氧化化学性质。物理方法多采用酒精气敏元件检测，当它遇到酒精气体时，该气敏材料将自身的氧给与酒精气体分子，成为非化学配比化合物，电阻降低，使桥路失去平衡，电流发生变化，电流的变化是酒精浓度的函数。这两种方法确实可行，但过程复杂，且结果不够直观。
发明内容
针对现有存在的问题，本发明提供一种基于阵列梯度所产生的表面能梯度的液滴自驱动的功能层及其应用，该功能层不但能准确的检测出酒精溶液的浓度，还不需要依赖较多的设备。
本发明采用如下技术方案：一种基于阵列梯度所产生的表面能梯度的液滴自驱动的功能层，所述功能层划分成多个连续的区域，每个区域均具有多个亲水的图案，图案以外部分疏水；所述图案按照矩阵式排列；所述图案为圆形；从基体加样端沿基体轴向方向向基体检测端，区域内单个图案的面积相同，图案间距呈梯度递减，相应的，区域内的亲水区所占比例呈梯度递增。
进一步地，所述区域数量为八个。
一种功能层在检测医用酒精溶度中的应用，利用表面能梯度I为0.11的功能层鉴定医用酒精是否大于25wt％；利用表面能梯度I为0.05的功能层鉴定医用酒精是否大于40wt％，利用表面能梯度I为0.03的功能层鉴定医用酒精是否大于50wt％。所述表面能梯度为：从基体加样端沿基体轴向方向向基体检测端，区域内的亲水区所占比例的递增的公差。
进一步地，所述应用具体为，将待测酒精滴在表面能梯度I为0.11的功能层表面，若该浓度下的酒精流动长度达到该器件的最远铺展距离，则说明该酒精的浓度大于25wt％，然后依次选择较大量程的功能层进行浓度范围检测。
进一步地，利用表面能梯度I为0.11的功能层对浓度小于25wt％的医用酒精进行浓度检测，利用表面能梯度I为0.05的功能层对浓度25～40wt％的医用酒精进行浓度检测，利用表面能梯度I为0.0.3的功能层对浓度小于40～50wt％的医用酒精进行浓度检测。
检测时，先将未知浓度的酒精滴在表面能梯度I为0.11的功能层表面，根据流动长度，获得其浓度；若该浓度下的酒精流动长度达到该器件的最远铺展距离，则说明该酒精的浓度超度该器件的检测量程，应当依次选择较大量程的功能层进行浓度检测。
进一步地，所述最远铺展距离，即功能层的长度为12mm。
上述功能层的制备方法为：对一疏水的基底进行光刻，构建亲水的图案。
本发明的有益效果：
1.利用不同浓度的酒精溶液在阵列梯度表面流动长度不同的特点，来检测酒精浓度方法简单，操作方便，不需要外加动力。
2.该方法在浪费很少的情况下就能较准确的检测出酒精溶液的浓度，并且同一基底可以多次利用，进行不同浓度的检测。
附图说明
图1为功能层示意图。
图2是不同浓度的酒精在功能层上的流动长度，a为I＝0.11的功能层，b为I＝0.11的功能层，c为I＝0.0.3的功能层。
图3是分别测试用于物理退热(浓度为25％～50％)和预防褥疮(浓度为40％～50％)的酒精有效性。
具体实施方案
下面结合附图进一步说明本发明。
如图1所示，一种阵列梯度所产生的基于表面能梯度的液滴自驱动的功能层，所述功能层划分成多个连续的区域，每个区域均具有多个亲水的图案，图案以外部分疏水；所述图案按照矩阵式排列；所述图案为圆形；从基体加样端沿基体轴向方向向基体检测端，区域内单个图案的面积相同，图案间距呈梯度递减，相应的，区域内的亲水区所占比例呈梯度递增。
可通过以下步骤制备得到：
1)制备超疏水二氧化钛涂覆液：将0.1g粒径大小为25nm的二氧化钛粉末与10mL无水乙醇混合后在100Hz条件下超声15min配成0.01g/mL的二氧化钛悬浮液，再加入0.2mL十八烷基三甲氧基硅烷，继续在100Hz条件下超声10min混匀，然后室温下反应12h，得到用于涂覆的超疏水二氧化钛涂覆液，即超疏水二氧化钛涂层，其中所述十八烷基三甲氧基硅烷与二氧化钛悬浮液体积比为0.02:1；
2)制备超疏水表面的基体：利用旋涂机将超疏水二氧化钛涂覆液分5次旋涂到已清洗干净的基体上表面，每次采集5滴(每次共50μL)超疏水二氧化钛涂覆液，然后置于烘箱中120℃处理1h，得到带超疏水表面的基体，液滴在该表面的接触角为152.5°；所述的旋涂机的转速为1000rad/min；所述的超疏水层的厚度为5μL；所述的超疏水二氧化钛涂覆液的涂覆用量为0.1g/cm3；
3)制备掩膜板：通过高分辨率的激光打印机在石英玻璃上打印出预先设计的图案，其中图案的参数包括几何形状、排布、图案密度以及图案间距等，得到的带透光图案的石英玻璃即为掩膜板；所述的透光区整体划分为多个区域，同一区域均布若干透光微图案，相邻区域的亲水图案间距递减，即相邻区域的亲水图案个数递增，相应的基体上的亲水区所占比例呈梯度递增；
4)制备梯度润湿表面：将带有透光图案的掩膜板覆盖在带有超疏水涂层的基体表面，然后开启UV光源，使得超疏水涂层表面在UV光源下选择性曝光10min，被曝光区域由超疏水转变为超亲水，未被曝光区域仍然保持超疏水，即可将掩膜板上设计的图案复制到超疏水涂层表面，得到梯度润湿的表面，其中所述的UV辐照强度为15mW cm-2，波长为390nm。
建立流动长度-酒精浓度标准库，具体如下：
将已知浓度的医用酒精滴到表面能梯度I(所述表面能梯度：从基体加样端沿基体轴向方向向基体检测端，区域内的亲水区所占比例的递增的公差)为0.11的功能层表面，记录其流动长度，按照1％的间隔建立流动长度-酒精浓度一一对应的浓度-长度曲线；若该浓度下的酒精流动长度达到该功能层的最远铺展距离，则说明该酒精的浓度超度该功能层的检测量程，应当依次选择较大量程的功能层进行浓度检测。经测试表明，表面能梯度I为0.11的功能层的浓度量程为25wt％，表面能梯度I为0.05的功能层的浓度量程为25～40wt％，表面能梯度I为0.3的功能层的浓度量程为40～50wt％，如图2所示。
上述结果也进一步通过对液滴在润湿梯度表面的驱动力和滞后力的分析得到了理论证明。
检测时，用滴管吸取与标准库中体积相等的待测酒精溶液，滴在功能层表面上，观察其流动长度，若初次测量超过量程，则说明该酒精溶液浓度超过此功能层所能测的最大浓度，需更换测量更大浓度的功能层进行进一步测量，并记录流动长度，与5)的标准库进行比较，可得准确浓度；若初次测量酒精铺展不明显，则需更换更小浓度的功能层进行进一步测量，然后记录流动长度，与5)的标准库进行比较，可得准确浓度。
表面能梯度为0.11、0.05、0.03的三个功能层的共同配合，特别适用于物理退热(浓度为25％～50％)和预防褥疮(浓度为40％～50％)的酒精有效性测试。如图3所示，取10μL用于物理退热的酒精溶液，将其滴在I＝0.11/mm的阵列梯度表面，发现其超过量程，更换I＝0.03/mm的阵列梯度表面进行进一步测试，记录其流动长度，与标准库对比可得其准确浓度，判断其是否具有有效性。同理可测预防褥疮(浓度为40％～50％)的酒精有效性。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明所能够想到的等同技术手段。
Claims (9)
1.一种基于阵列梯度所产生的表面能梯度的液滴自驱动功能层，其特征在于，所述功能层划分成多个连续的区域，每个区域均具有多个亲水的图案，图案以外部分疏水；所述图案按照矩阵式排列；所述图案为圆形；从基体加样端沿基体轴向方向向基体检测端，区域内单个图案的面积相同，图案间距呈梯度递减，相应的，区域内的亲水区所占比例呈梯度递增。
2.根据权利要求1所述的功能层，其特征在于：所述区域数量为八个。
3.一种权利要求1所述的功能层在检测医用酒精溶度中的应用，其特征在于，利用表面能梯度I为0.11的功能层鉴定医用酒精是否大于25wt％；利用表面能梯度I为0.05的功能层鉴定医用酒精是否大于40wt％，利用表面能梯度I为0.03的功能层鉴定医用酒精是否大于50wt％。所述表面能梯度为：从基体加样端沿基体轴向方向向基体检测端，区域内的亲水区所占比例的递增的公差。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述应用具体为，将待测酒精滴在表面能梯度I为0.11的功能层表面，若该浓度下的酒精流动长度达到该器件的最远铺展距离，则说明该酒精的浓度大于25wt％，然后依次选择较大量程的功能层进行浓度范围检测。
5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，利用表面能梯度I为0.11的功能层对浓度小于25wt％的医用酒精进行浓度检测，利用表面能梯度I为0.05的功能层对浓度25～40wt％的医用酒精进行浓度检测，利用表面能梯度I为0.0.3的功能层对浓度小于40～50wt％的医用酒精进行浓度检测。
检测时，先将未知浓度的酒精滴在表面能梯度I为0.11的功能层表面，根据流动长度，获得其浓度；若该浓度下的酒精流动长度达到该器件的最远铺展距离，则说明该酒精的浓度超度该器件的检测量程，应当依次选择较大量程的功能层进行浓度检测。
6.根据权利要求4或5所述的应用，其特征在于：所述最远铺展距离，即功能层的长度为12mm。
7.一种权利要求1所述功能层的制备方法，其特征在于，该方法为：对一疏水的基底进行光刻，构建亲水的图案。
8.利用权利要求1所述功能层检测医用酒精有效性方法，其特征在于，具体为：利用表面能梯度I为0.11的功能层鉴定医用酒精是否大于25wt％，利用表面能梯度I为0.03的功能层鉴定医用酒精是否大于50wt％，根据结果判断该医用酒精使用适用于物理退热，用于物理退热的医用酒精的有效浓度为25％～50％。
9.利用权利要求1所述功能层检测医用酒精有效性方法，其特征在于，具体为：利用表面能梯度I为0.05的功能层鉴定医用酒精是否大于40wt％，利用表面能梯度I为0.03的功能层鉴定医用酒精是否大于50wt％，根据结果判断该医用酒精使用适用于预防褥疮，用于预防褥疮的医用酒精的有效浓度为40％～50％。
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Application publication date: 20180907 Assignee: Shandong precision product quality inspection Co.,Ltd. Assignor: JIANG University OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980042381 Denomination of invention: Method for detecting the effectiveness of medical alcohol using droplet self driving functional layer with array gradient Granted publication date: 20210129 License type: Common License Record date: 20230925 |
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