CN112300432B - 一种基于微流控的微纳马达及其制备方法与应用 - Google Patents

一种基于微流控的微纳马达及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112300432B
CN112300432B CN202011165532.2A CN202011165532A CN112300432B CN 112300432 B CN112300432 B CN 112300432B CN 202011165532 A CN202011165532 A CN 202011165532A CN 112300432 B CN112300432 B CN 112300432B
Authority
CN
China
Prior art keywords
micro
nano motor
phase solution
solution
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011165532.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112300432A (zh
Inventor
冯欢欢
张月月
马星
赵维巍
张嘉恒
郑婷婷
王丽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology filed Critical Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Priority to CN202011165532.2A priority Critical patent/CN112300432B/zh
Publication of CN112300432A publication Critical patent/CN112300432A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112300432B publication Critical patent/CN112300432B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04—Coating
    • C08J7/06—Coating with compositions not containing macromolecular substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/12—Powdering or granulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/20—Metallic material, boron or silicon on organic substrates
    • C23C14/205—Metallic material, boron or silicon on organic substrates by cathodic sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2325/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Derivatives of such polymers
    • C08J2325/02—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons
    • C08J2325/04—Homopolymers or copolymers of styrene
    • C08J2325/06—Polystyrene

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于微流控的微纳马达及其制备方法与应用，属于微纳马达制备技术领域。本发明采用微流控的方式制备单分散聚苯乙烯微球，能够精准控制最终微纳马达的尺寸；同时，将流动聚焦型微流控芯片的微通道尺寸设置为100μm，使单分散聚苯乙烯微球的粒径降低为1～5μm，且得到的单分散聚苯乙烯微球分散性好；后续经离子溅射，能够得到Janus微纳马达。

Description

一种基于微流控的微纳马达及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及微纳马达技术领域，尤其涉及一种基于微流控的微纳马达及其制备方法与应用。
背景技术
目前能够制备的球状微纳马达的方法主要有模板法和水热合成等方法，但是这些制备工艺通常较为复杂和繁琐，并且存在微纳马达的粒径难以进行精确地调控的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于微流控的微纳马达及其制备方法与应用。本发明提供的制备方法能够精准调控微纳马达的粒径，具有很大的应用前景。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种基于微流控的微纳马达的制备方法，包括以下步骤：
以聚苯乙烯甲苯溶液作为分散相溶液，以聚乙烯吡咯烷酮-十二烷基硫酸钠水溶液作为连续相溶液；将所述分散相溶液和连续相溶液通过气管与流动聚焦型微流控芯片、气压控制器和收集端瓶子连接起来，调节所述分散相溶液和连续相溶液的气压，形成尺寸可精确调节的单分散均匀液滴；所述流动聚焦型微流控芯片的微通道尺寸为100μm；
将所述单分散均匀液滴收集起来搅拌，然后经清洗，形成单分散聚苯乙烯微球；
将所述单分散聚苯乙烯微球与水混合形成分散液，将所述分散液滴加到盖玻片上，经干燥，得到微球覆盖盖玻片；
以铂为靶材，对所述微球覆盖盖玻片的微球侧进行离子溅射，形成微纳马达。
优选地，所述聚苯乙烯甲苯溶液中聚苯乙烯的质量百分含量为1.0～1.5％。
优选地，所述聚乙烯吡咯烷酮-十二烷基硫酸钠水溶液中聚乙烯吡咯烷酮的质量百分含量为2～5％；所述聚乙烯吡咯烷酮-十二烷基硫酸钠水溶液中十二烷基硫酸钠的质量百分含量为5～8％。
优选地，所述分散相溶液的气压为372.33～382.50mbr，所述连续相溶液的气压为615.00～623.67mbr。
优选地，所述搅拌的转速为100～200rpm，时间为24～48h。
优选地，所述单分散聚苯乙烯微球的粒径为1～5μm。
优选地，所述分散液中单分散聚苯乙烯微球的质量含量为0.3～0.5％。
优选地，所述离子溅射的参数包括：离子溅射的真空度小于8Pa，离子溅射的时间为10s～100s。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的微纳马达，所述微纳马达为Janus微纳马达；所述微纳马达一半是铂包覆聚苯乙烯，另一半仅仅是聚苯乙烯。
本发明还提供了上述技术方案所述的微纳马达在化学传感、生物医疗、环境保护和药物传递领域中的应用。
本发明提供了一种基于微流控的微纳马达的制备方法，包括以下步骤：以聚苯乙烯甲苯溶液作为分散相溶液，以聚乙烯吡咯烷酮-十二烷基硫酸钠水溶液作为连续相溶液；将所述分散相溶液和连续相溶液通过气管与流动聚焦型微流控芯片、气压控制器和收集端瓶子连接起来，调节所述分散相溶液和连续相溶液的气压，形成尺寸可精确调节的单分散均匀液滴；所述流动聚焦型微流控芯片的微通道尺寸为100μm；将所述单分散均匀液滴收集起来搅拌，然后经清洗，形成单分散聚苯乙烯微球；将所述单分散聚苯乙烯微球与水混合形成分散液，将所述分散液滴加到盖玻片上，经干燥，得到微球覆盖盖玻片；以铂为靶材，对所述微球覆盖盖玻片的微球侧进行离子溅射，形成微纳马达。
本发明采用微流控设备结合微乳液法制备单分散聚苯乙烯微球，能够精准控制最终微纳马达的尺寸；同时，采用微通道尺寸设置为100μm的流动聚焦型微流控芯片，使单分散聚苯乙烯微球的粒径降低为1～5μm，且得到的单分散聚苯乙烯微球分散性好；后续经离子溅射，能够得到Janus微纳马达。
附图说明
图1为本发明提供的微纳马达的制备方法流程图；
图2为为实施例1(a)、实施例2(b)和实施例3(c)所得单分散聚苯乙烯微球的扫描电镜照片；
图3为实施例1中离子溅射100s所得微纳马达的扫描电镜照片和能谱图；
图4为实施例1～3所得系列微纳马达的运动速度与粒径的关系图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于微流控的微纳马达的制备方法，包括以下步骤：
以聚苯乙烯甲苯溶液作为分散相溶液，以聚乙烯吡咯烷酮-十二烷基硫酸钠水溶液作为连续相溶液；将所述分散相溶液和连续相溶液通过气管与流动聚焦型微流控芯片、气压控制器和收集端瓶子连接起来，调节所述分散相溶液和连续相溶液的气压，形成尺寸可精确调节的单分散均匀液滴；所述流动聚焦型微流控芯片的微通道尺寸为100μm；
将所述单分散均匀液滴收集起来搅拌，然后经清洗，形成单分散聚苯乙烯微球；
将所述单分散聚苯乙烯微球与水混合形成分散液，将所述分散液滴加到盖玻片上，经干燥，得到微球覆盖盖玻片；
以铂为靶材，对所述微球覆盖盖玻片的微球侧进行离子溅射，形成微纳马达。
本发明以聚苯乙烯甲苯溶液作为分散相溶液，以聚乙烯吡咯烷酮-十二烷基硫酸钠水溶液作为连续相溶液；将所述分散相溶液和连续相溶液通过气管与流动聚焦型微流控芯片、气压控制器和收集端瓶子连接起来，调节所述分散相溶液和连续相溶液的气压，形成尺寸可精确调节的单分散均匀液滴；所述流动聚焦型微流控芯片的微通道尺寸为100μm。
在本发明中，所述聚苯乙烯甲苯溶液中聚苯乙烯的质量百分含量优选为1.0～1.5％，进一步优选为1.2～1.4％。在本发明中，所述聚乙烯吡咯烷酮-十二烷基硫酸钠水溶液中聚乙烯吡咯烷酮的质量百分含量优选为2～5％，进一步优选为3～4％；所述聚乙烯吡咯烷酮-十二烷基硫酸钠水溶液中十二烷基硫酸钠的质量百分含量优选为5～8％，进一步优选为6～7％。
在本发明中，当所述分散相溶液的气压优选为372.33～382.50mbr，所述连续相溶液的气压优选为615.00～623.67mbr。
形成尺寸可精确调节的单分散均匀液滴后，本发明将所述单分散均匀液滴收集起来搅拌，然后经清洗，形成单分散聚苯乙烯微球。
本发明对所述单分散均匀液滴的收集形式不做具体限定，只要能够将所述单分散均匀液滴收集起来即可。在本发明中，所述搅拌的转速优选为100～200rpm，进一步优选为150rpm，时间优选为24～48h。在本发明中，所述搅拌的目的为使甲苯挥发完全。
在本发明中，所述清洗用试剂优选为超纯水，所述清洗的次数优选为3～4次；所述清洗的方式优选为离心，所述离心的转速优选为4000rpm，时间优选为5min。在本发明中，所述清洗能够将残余的聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基硫酸钠清洗干净。
在本发明中，所述单分散聚苯乙烯微球的粒径优选为1～5μm。
本发明采用微流控设备结合微乳液法，得到了粒径可控的单分散聚苯乙烯微球，进而有利于得到尺寸可控的微纳马达；同时，将所述流动聚焦型微流控芯片的微通道尺寸设置为100μm，能够得到粒径更小的单分散聚苯乙烯微球，并且，单分散聚苯乙烯微球虽然粒径变小，但是分散性依然很好，有利于后续微纳马达的形成。
形成单分散聚苯乙烯微球后，本发明将所述单分散聚苯乙烯微球与水混合形成分散液，将所述分散液滴加到盖玻片上，经干燥，得到微球覆盖盖玻片。
在本发明中，所述分散液中单分散聚苯乙烯微球的质量含量优选为0.3～0.5％。在本发明中，所述盖玻片在使用前，优选经等离子机处理，本发明对所述等离子机处理的参数不做具体限定，只要能够将盖玻片的表面处理干净即可。在本发明中，所述微球覆盖盖玻片上微球的覆盖率达90～95％。在本发明中，所述分散液滴加到盖玻片上的操作优选包括：用移液枪吸取分散液滴加到盖玻片上。在本发明中，所述干燥的方式优选为自然干燥。
在本发明中，微球覆盖盖玻片上的微球以独立单个的形式负载在载玻片上，有利于后续经离子溅射形成微纳马达。
得到微球覆盖盖玻片后，本发明以铂为靶材，对所述微球覆盖盖玻片的微球侧进行离子溅射，形成微纳马达。
在本发明中，所述离子溅射的参数优选包括：离子溅射的真空度小于8Pa，离子溅射的时间为10s～100s。
形成微纳马达后，本发明优选还包括将所述微纳马达从盖玻片上剥离下来，分散在水中备用。
在本发明中，所述剥离的方式优选为超声，所述超声的介质优选为去离子水，所述超声的功率优选为800W，时间优选为50～60s。
本发明采用微流控设备结合微乳液法制备单分散聚苯乙烯微球，能够精准控制最终微纳马达的尺寸；同时，将流动聚焦型微流控芯片的微通道尺寸设置为100μm，使单分散聚苯乙烯微球的粒径降低为1～5μm，且得到的单分散聚苯乙烯微球分散性好；后续经离子溅射，能够得到微纳马达。
图1为本发明提供的微纳马达的制备方法流程图，具体为：基于微流控得到单分散均匀液滴，将单分散均匀液体收集后，经搅拌即液滴固化，得到单分散聚苯乙烯微球；然后通过离子溅射在单分散聚苯乙烯微球上溅射Pt，得到Janus结构的微纳马达。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的微纳马达，所述微纳马达为Janus微纳马达；所述微纳马达一半是铂包覆聚苯乙烯，另一半仅仅是聚苯乙烯。
本发明提供的微纳马达不需要外部能量供给，能够将化学能转化为机械能而完成自主运动。
本发明还提供了上述技术方案所述的微纳马达在化学传感、生物医疗、环境保护和药物传递领域中的应用。
由于本发明提供的微纳马达能够将化学能转化为机械能而完成自主运动，进而有望应用于化学传感、生物医疗、环境保护和药物传递领域。
下面结合实施例对本发明提供的基于微流控的微纳马达及其制备方法与应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
以质量百分含量为1.5％的聚苯乙烯甲苯溶液为分散相溶液，以聚乙烯吡咯烷酮-十二烷基硫酸钠水溶液作为连续相溶液，所述聚乙烯吡咯烷酮-十二烷基硫酸钠水溶液中聚乙烯吡咯烷酮的质量百分含量为2％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为5％；
将所述分散相溶液和连续相溶液通过气管与流动聚焦型微流控芯片(微通道尺寸为100μm)、气压控制器和收集端瓶子连接起来，调节所述分散相溶液的气压为382.33mbr，连续相溶液的气压为623.67mbr，形成尺寸可精确调节的单分散均匀液滴；
将所述单分散均匀液滴收集起来以150rpm搅拌24h，待甲苯完全挥发后，离心收集聚苯乙烯微球，将去离子水与聚苯乙烯微球混合后离心收集聚苯乙烯微球，然后重复用去离子水与聚苯乙烯微球混合后离心收集聚苯乙烯微球的过程两次，形成单分散聚苯乙烯微球，粒径为5μm；
将单分散聚苯乙烯微球和去离子水混合形成质量含量为0.3～0.5％的分散液，使用移液枪取出6μL分散液滴加在经过等离子机处理过的盖玻片上，自然干燥，得到微球覆盖盖玻片；
以铂为靶材，对微球覆盖盖玻片的微球侧进行离子溅射，所述离子溅射的参数包括：离子溅射的真空度小于8Pa，离子溅射的时间为10s、20s、30s、40s、50s、60s、70s、80s、90s和100s，将离子溅射产品置于水中在800W的条件下超声50s将微纳马达置于从盖玻片上剥离，得到系列微纳马达，所述系列微纳马达分别分散在水中，形成系列微纳马达水分散液备用。
实施例2
以质量百分含量为1.5％的聚苯乙烯甲苯溶液为分散相溶液，以聚乙烯吡咯烷酮-十二烷基硫酸钠水溶液作为连续相溶液，所述聚乙烯吡咯烷酮-十二烷基硫酸钠水溶液中聚乙烯吡咯烷酮的质量百分含量为2％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为5％；
将所述分散相溶液和连续相溶液通过气管与流动聚焦型微流控芯片(微通道尺寸为100μm)、气压控制器和收集端瓶子连接起来，调节所述分散相溶液的气压为379.26mbr，连续相溶液的气压为621.57mbr，形成尺寸可精确调节的单分散均匀液滴；
将所述单分散均匀液滴收集起来以150rpm搅拌24h待甲苯完全挥发后，离心收集聚苯乙烯微球，将去离子水与聚苯乙烯微球混合后离心收集聚苯乙烯微球，然后重复用去离子水与聚苯乙烯微球混合后离心收集聚苯乙烯微球的过程两次，形成单分散聚苯乙烯微球，粒径为3μm；
将单分散聚苯乙烯微球和去离子水混合形成质量含量为0.3～0.5％的分散液，使用移液枪取出6μL分散液滴加在经过等离子机处理过的盖玻片上，自然干燥，得到微球覆盖盖玻片；
以铂为靶材，对微球覆盖盖玻片的微球侧进行离子溅射，所述离子溅射的参数包括：离子溅射的真空度小于8Pa，离子溅射的时间为10s、20s、30s、40s、50s、60s、70s、80s、90s和100s，将离子溅射产品置于水中在800W的条件下超声50s将微纳马达置于从盖玻片上剥离，得到系列微纳马达，所述系列微纳马达分别分散在水中，形成系列微纳马达水分散液备用。
实施例3
以质量百分含量为1.5％的聚苯乙烯甲苯溶液为分散相溶液，以聚乙烯吡咯烷酮-十二烷基硫酸钠水溶液作为连续相溶液，所述聚乙烯吡咯烷酮-十二烷基硫酸钠水溶液中聚乙烯吡咯烷酮的质量百分含量为2％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为5％；
将所述分散相溶液和连续相溶液通过气管与流动聚焦型微流控芯片(微通道尺寸为100μm)、气压控制器和收集端瓶子连接起来，调节所述分散相溶液的气压为372.36mbr，连续相溶液的气压为620.54mbr，形成尺寸可精确调节的单分散均匀液滴；
将所述单分散均匀液滴收集起来以150rpm搅拌24h，待甲苯完全挥发后，离心收集聚苯乙烯微球，将去离子水与聚苯乙烯微球混合后离心收集聚苯乙烯微球，然后重复用去离子水与聚苯乙烯微球混合后离心收集聚苯乙烯微球的过程两次，形成单分散聚苯乙烯微球，粒径为1μm；
将单分散聚苯乙烯微球和去离子水混合形成质量含量为0.3～0.5％的分散液，使用移液枪取出6μL分散液滴加在经过等离子机处理过的盖玻片上，自然干燥，得到微球覆盖盖玻片；
以铂为靶材，对微球覆盖盖玻片的微球侧进行离子溅射，所述离子溅射的参数包括：离子溅射的真空度小于8Pa，离子溅射的时间为10s、20s、30s、40s、50s、60s、70s、80s、90s和100s；将离子溅射产品置于水中在800W的条件下超声50s将微纳马达置于从盖玻片上剥离，得到系列微纳马达，所述系列微纳马达分别分散在水中，形成系列微纳马达水分散液备用。
图2为实施例1(a)、实施例2(b)和实施例3(c)所得单分散聚苯乙烯微球的扫描电镜照片，从图2可以看出：所制备的单分散聚苯乙烯微球都是独立的分散性良好的，粒径均一和形状规则的均匀球型，并且单分散聚苯乙烯微球的表面是光滑的，为微纳马达的制备提供了材料基础。
图3为实施例1中离子溅射100s所得微纳马达的扫描电镜照片和能谱图，从图3可以看出：从侧面图的扫描电镜照片可以看出，马达一侧亮，一侧暗；其中较亮的一面是金属Pt，较暗的一面是聚苯乙烯；结合侧面能谱图同样可以看出：微纳马达只有一半具有金属Pt，一样证明了马达的Janus结构。正面扫描电镜照片显示的是微纳马达的金属面，可以看出：微纳马达的整个面都是亮的；结合正面能谱图，可以看出整个表面均有Pt。
将18μL实施例1～3所得系列微纳马达水分散液分散于质量浓度为3％的过氧化氢溶液中，置于光学显微镜下观察微纳马达的运动情况并以10.5帧每秒的速度录制运动视频，发现：微纳马达一侧的Pt可以催化过氧化氢发生分解反应生成O2和水，在观察其运动情况时，视野中没有发现有气泡的产生，所以推断微纳马达的运动机理是由氧气溶解导致其浓度梯度发生的变化，产生了自扩散泳运动。
采用ImageJ软件对实施例1～3中所得系列微纳马达的运动进行分析，并计算和统计其速度，结果如图4所示。图4为系列微纳马达的运动速度与粒径的关系图。从图4可以看出：对于同一粒径的微纳马达来讲，随着离子溅射时间的增加，微纳马达的运动速度先是逐渐增加至最大值，然后再增加离子溅射时间，微纳马达的运动速度也不会随着增大，这是因为随着离子溅射时间的增加，微球上溅射的Pt含量也逐渐增多，Pt逐渐铺满微球表面，对过氧化氢分解的催化效应也就越强烈，所以微纳马达的运动速度逐渐增加。但是随着离子溅射时间的再增加，由于Pt已经铺满了半个微球，因此微纳马达的运动速度不再发生变化。对于不同粒径的微纳马达来讲，微纳马达的运动速度随着微纳马达粒径的增加而减小，这是因为随着微纳马达粒径的增加，微纳马达本身所受的阻力也随之增大，导致运动速度下降。
由于该微纳马达作为一种不需要外部能量供给，靠将存储在燃料中的化学能转化为机械能而完成自主运动的活性胶体，可以实现在流体环境中的运动，为其在化学传感、生物医疗、环境保护和药物传递领域的应用奠定了基础。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于微流控的微纳马达的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以聚苯乙烯甲苯溶液作为分散相溶液，以聚乙烯吡咯烷酮-十二烷基硫酸钠水溶液作为连续相溶液；将所述分散相溶液和连续相溶液通过气管与流动聚焦型微流控芯片、气压
控制器和收集端瓶子连接起来，调节所述分散相溶液和连续相溶液的气压，形成尺寸可精确调节的单分散均匀液滴；所述流动聚焦型微流控芯片的微通道尺寸为100μm；
将所述单分散均匀液滴收集起来搅拌，然后经清洗，形成单分散聚苯乙烯微球；
将所述单分散聚苯乙烯微球与水混合形成分散液，将所述分散液滴加到盖玻片上，经干燥，得到微球覆盖盖玻片；
以铂为靶材，对所述微球覆盖盖玻片的微球侧进行离子溅射，形成微纳马达；
所述分散相溶液的气压为372.33~382.50mbr，所述连续相溶液的气压为615.00~623.67mbr；
所述离子溅射的参数包括：离子溅射的真空度小于8Pa，离子溅射的时间为10s~100s；
所述单分散聚苯乙烯微球的粒径为1~5μm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚苯乙烯甲苯溶液中聚苯乙烯的质量百分含量为1.0~1.5%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮-十二烷基硫酸钠水溶液中聚乙烯吡咯烷酮的质量百分含量为2~5%；所述聚乙烯吡咯烷酮-十二烷基硫酸钠水溶液中十二烷基硫酸钠的质量百分含量为5~8%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的转速为100~200rpm，时间为24~48h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分散液中单分散聚苯乙烯微球的质量含量为0.3~0.5%。
6.权利要求1~5任一项所述制备方法制得的微纳马达，其特征在于，所述微纳马达为Janus微纳马达；所述微纳马达一半是铂包覆聚苯乙烯，另一半仅仅是聚苯乙烯。
7.权利要求6所述的微纳马达在化学传感和环境保护领域中的应用。
CN202011165532.2A 2020-10-27 2020-10-27 一种基于微流控的微纳马达及其制备方法与应用 Active CN112300432B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011165532.2A CN112300432B (zh) 2020-10-27 2020-10-27 一种基于微流控的微纳马达及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011165532.2A CN112300432B (zh) 2020-10-27 2020-10-27 一种基于微流控的微纳马达及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112300432A CN112300432A (zh) 2021-02-02
CN112300432B true CN112300432B (zh) 2022-08-09

Family

ID=74331143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011165532.2A Active CN112300432B (zh) 2020-10-27 2020-10-27 一种基于微流控的微纳马达及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112300432B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113564532B (zh) * 2021-07-08 2023-11-03 南方科技大学 一种Janus微球及其制备方法和应用
CN114053964B (zh) * 2021-11-18 2024-04-09 重庆理工大学 一种ZrO2/PS杂化微球的微流控制备方法及其产品和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Electrokinetic effects in catalytic platinum-insulator Janus swimmers";S. Ebbens等;《A Letters Journal Exploring The Frontiers of Physics》;20140606;第106卷;58003 *
"Facile microfluidic fabrication of monodispersed self-coupling microcavity with fine tunability";Ran Zhang等;《Electrophoresis》;20191203;第41卷(第16-17期);第1418-1424页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112300432A (zh) 2021-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112300432B (zh) 一种基于微流控的微纳马达及其制备方法与应用
Chen et al. Magnetically responsive film decorated with microcilia for robust and controllable manipulation of droplets
CN101279232B (zh) 基于微流体的微球制备方法
CN106117458A (zh) 双亲性Janus胶体晶体微球及其制备方法、应用
Prasad et al. Generation of monodisperse inorganic–organic janus microspheres in a microfluidic device
Zhao et al. Nanoparticle synthesis in microreactors
CN101486004B (zh) 一种微流体自动定量分配装置及使用方法
Kobayashi et al. Microchannel emulsification for mass production of uniform fine droplets: integration of microchannel arrays on a chip
Zhu et al. Hydrogel micromotors with catalyst-containing liquid core and shell
CN105363503A (zh) 多组分微液滴微流控芯片及其加工方法
CN105505742A (zh) 一种液滴阵列芯片及其制备方法
CN110237787B (zh) 一种蜂窝状碳纳米管多孔微球及其制备方法和用途
CN104288122B (zh) 生物可降解plga/pcl复合微胶囊及其制备方法
CN107029565A (zh) 基于氧化石墨烯的光驱动双层复合膜及其制备方法与应用
CN105771826B (zh) 制备高粘度微乳化液滴的系统及方法
Li et al. Enhanced movement of two-component droplets on a wedge-shaped Ag/Cu surface by a wettability gradient
CN106238111A (zh) 一种基于微流控芯片剪切流的微胶囊制备方法
Wang et al. Bioinspired tip-guidance liquid jetting and droplet emission at a rotary disk via a surface energy gradient
Morimoto et al. A hybrid axisymmetric flow-focusing device for monodisperse picoliter droplets
Yang et al. Saturated surface charging on micro/nanoporous polytetrafluoroethylene for droplet manipulation
CN105480942A (zh) 一种单层密排纳米微球阵列的制备方法
Jung et al. In situ seriate droplet coalescence under an optical force
Fan et al. Bionic magnetic superhydrophobic and patterned surfaces for droplet programmable manipulation
CN109650483B (zh) 具有微米/纳米分级式多孔结构的气泡推进型微驱动器及其制备方法
CN103920434B (zh) 一种粒径与形貌可控的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant