CN114571822B - 一种仿生超疏水纸基磁电复合薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物传感器技术领域，涉及一种仿生超疏水纸基磁电复合薄膜及其制备方法；解决纸基传感器在水环境中灵敏度下降的问题；仿生超疏水纸基磁电复合薄膜包括纸基，纸基的上下表面覆盖有AuNPs‑PDMS复合薄膜；纸基设置有阵列式排列的凹槽，纸基复合有磁性材料；制备方法是在纸基上制备凹槽的阵列，然后在纸基上复合磁性材料；在纸基的上下表面粘贴AuNPs‑PDMS复合薄膜；该复合薄膜适用于液体环境，能够在高湿度环境下具有高灵敏度的检测效果。

Description

一种仿生超疏水纸基磁电复合薄膜及其制备方法

技术领域

本发明属于生物传感器技术领域，涉及一种仿生超疏水纸基磁电复合薄膜及其制备方法。

背景技术

近年来、纸基传感器因符合未来环保电子产品的发展趋势而受到越来越多的关注，然而当纸张作为传感器的基材时，与水反应会发生水膨胀和降解，从而对传感器造成不可逆的损伤，很容易失效，并且当纸基传感器暴露在水环境中，很难灵敏稳定的捕捉微小的刺激，因此对具有高性能防水性和高灵敏度的纸基传感器的需求不断增长。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种仿生超疏水纸基磁电复合薄膜及其制备方法。解决纸基传感器在水环境中灵敏度下降的问题。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种仿生超疏水纸基磁电复合薄膜，包括纸基，所述纸基的上下表面覆盖有AuNPs-PDMS复合薄膜；所述纸基设置有阵列式排列的凹槽，所述纸基复合有磁性材料。

优选的，所述纸基为相片纸。

更优的，所述凹槽的形状为V形。

优选的，所述的磁性材料为铁酸锰。

一种仿生超疏水纸基磁电复合薄膜的制备方法，在纸基上制备凹槽的阵列，然后在纸基上复合磁性材料；在纸基的上下表面粘贴AuNPs-PDMS复合薄膜。

优选的，在相纸的粗糙面制作凹槽阵列，凹槽之间的间隔为0.5-1.5mm。

优选的，复合磁性材料的方法为：将纸基浸泡在磁性材料的纳米流体中20-60min；然后烘干。

更优的，磁性材料纳米流体的制备方法是利用超声波将磁性纳米粒子分散到去离子水中，得到均匀的磁性材料纳米流体。

更优的，AuNPs-PDMS复合薄膜的制备方法是将PDMS A胶和B胶按照质量比为10:1进行称量并混合，再旋涂于玻璃衬底上，制备PDMS薄膜；将固化后的PDMS薄膜浸泡于还原液中进行避光还原反应。

更优的，分别配制0.1g/mL的氯金酸水溶液、0.2 g/mL的葡萄糖水溶液和0.2 g/mL的碳酸氢钾水溶液，将去离子水、氯金酸水溶液、葡萄糖水溶液、碳酸氢钾水溶液按体积比为5:1.6:0.2:0.4 进行混合，配置成还原液。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

本发明通过AuNPs-PDMS复合薄膜—MnFe₂O₄/纸—AuNPs-PDMS复合薄膜三层复合结构，结合耦合仿生学的V形截面的凹槽结构，有效的提高了传感器的灵敏度。同时通过用PDMS薄膜作为传感器的封装，增加了纸基传感器的防水性，保证了纸基传感器能够在水中或高湿度环境下的正常工作。

本发明基于纸张良好的渗透性和可掺杂性、PDMS的疏水性、蝎子的超灵敏仿生结构、以及纳米金粒子的生物相容性等诸多优势，制备仿生超疏水纸基磁电复合薄膜，它同时具有超灵敏的传感性能和优良的防水功能以及成本低、耗时短、制备简易等等优点。

基于纳米金粒子的生物相容性，该复合薄膜可用于生物传感器的研制，拓展了纸基传感器的功能和应用范围。基于PDMS的疏水性，该复合薄膜适用于液体环境，能够在高湿度环境下正常工作。本发明的制备方法简单易行，可批量化生产，广泛应用于生物检测领域。

附图说明

图1 为实施例所述仿生超疏水纸基磁电复合薄膜制备方法的流程图；

图中：1为相片纸，2为MnFe₂O₄纳米流体，3为MnFe₂O₄/纸纳米复合材料，4为PDMS，5为PDMS薄膜， 6为KHCO₃、C₆H₁₂O₆、HAuC_l4还原溶液，7为AuNPs-PDMS。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

如图1所示，本实施例公开了一种仿生超疏水纸基磁电复合薄膜的制备方法，包括下述步骤：

1、纸张的准备

将一面高光泽，另一面粗糙的相纸切成40mm×40mm(l × w)的条状，然后在纸张粗糙面上制作V形凹槽阵列，凹槽之间的间隔设置为1mm，将切好的纸张与MnFe₂O₄复合，得到MnFe₂O₄/纸。

2、MnFe₂O₄纳米流体的制备

称量一定量的MnFe₂O₄纳米粒子，并加入合适比例的去离子水。然后，使用超声波粉碎仪将MnFe₂O₄纳米粒子充分分散到去离子水中20min，得到均匀的MnFe₂O₄纳米流体。

MnFe₂O₄/纸的制备：（1）将切割好的相纸在MnFe₂O₄纳米流体中分别浸泡20min、40min、1h，得到不同饱和度的MnFe₂O₄/纸；（2）浸染后的纸在70℃电热板上干燥10min，达到烘干效果；（3）干燥后的MnFe₂O₄/纸存放在恒温恒湿的环境中。

3、AuNPs-PDMS复合薄膜的制备流程

（1）将浓硫酸和双氧水按照体积比为3：1配置成混合液，烧杯和玻璃衬底用混合液清洗20min，去除玻璃上的有机物杂质。

（2）在超声环境中，烧杯和玻璃衬底依次浸泡于丙酮和异丙酮中3min。之后分别放于无水乙醇和去离子水中，去除玻璃上的无机物杂质。

（3）将玻璃衬底在TMCS中处理20 min，之后用去离子水冲洗去除残留物，可增强玻璃衬底的疏水性，便于PDMS薄膜与玻璃衬底的分离。

（4）将PDMS A胶和B胶按照质量比为10:1进行称量并混合，用玻璃棒搅拌均匀。将PDMS在 环境中静置1h，去除气泡。

（5）利用甩胶机，将质量比为10:1 的PDMS，在1000 rpm的转速下旋涂于玻璃衬底上，制备PDMS薄膜；最后将PDMS薄膜在70℃的烘干台上，固化1 h。

（6）分别配制0.1g/mL的氯金酸水溶液、0.2 g/mL的葡萄糖水溶液和0.2 g/mL 的碳酸氢钾水溶液，将去离子水、氯金酸水溶液、葡萄糖水溶液、碳酸氢钾水溶液按体积比为5:1.6:0.2:0.4 进行混合，配置成还原液。将固化后的PDMS薄膜浸泡于配好的溶液中，进行24 h的避光还原反应。还原结束后，用去离子水清洗干净，得到AuNPs-PDMS复合薄膜。

4、纸基磁电复合薄膜的制备

最后将制备好的复合薄膜与MnFe₂O₄/纸之间用双面胶粘连。得到纸基磁电复合薄膜，该薄膜的结构为AuNPs-PDMS复合薄膜—MnFe₂O₄/纸—AuNPs-PDMS三层复合薄膜结构，PDMS薄膜作为MnFe₂O₄/纸的封装，实现了防水性，保证了纸基传感器能够在水中或高湿度环境下的正常工作。

在自然界中，生物体为了长久生存进化出很多优异的特性，例如蝎子的腿上有一个名为slit sensillum的器官，由几个微尺度狭缝组成，该器官可以被微弱的刺激物所激发，基于耦合仿生学的策略，本发明纸基传感器结构优化蝎子slit sensillum的几何形状，在纸上制作V形截面的凹槽，掺杂磁性纳米材料，以提高纸基生物传感器的灵敏度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (8)

1.一种仿生超疏水纸基磁电复合薄膜，其特征在于，包括纸基，所述纸基的上下表面覆盖有 AuNPs-PDMS复合薄膜；所述纸基设置有阵列式排列的凹槽，所述纸基复合有磁性材料；所述的仿生超疏水纸基磁电复合薄膜的制备方法是在纸基上制备凹槽的阵列，然后将磁性材料复合在制备有凹槽阵列的纸基上；再在复合了磁性材料纸基的上下表面粘贴AuNPs-PDMS复合薄膜；复合磁性材料的方法为：将纸基浸泡在磁性材料的纳米流体中20-60min；然后烘干。

2.根据权利要求1所述的一种仿生超疏水纸基磁电复合薄膜，其特征在于，所述纸基为相片纸。

3.根据权利要求2所述的一种仿生超疏水纸基磁电复合薄膜，其特征在于，所述凹槽的形状为V形。

4.根据权利要求1所述的一种仿生超疏水纸基磁电复合薄膜，其特征在于，所述的磁性材料为铁酸锰。

5.根据权利要求1所述的一种仿生超疏水纸基磁电复合薄膜，其特征在于，在相纸的粗糙面制作凹槽阵列，凹槽之间的间隔为0.5-1.5mm。

6.根据权利要求1所述的一种仿生超疏水纸基磁电复合薄膜，其特征在于，磁性材料纳米流体的制备方法是利用超声波将磁性纳米粒子分散到去离子水中，得到均匀的磁性材料纳米流体。

7.根据权利要求1所述的一种仿生超疏水纸基磁电复合薄膜，其特征在于，AuNPs-PDMS复合薄膜的制备方法是将PDMS A胶和B胶按照质量比为10:1进行称量并混合，再旋涂于玻璃衬底上，制备PDMS薄膜；将固化后的PDMS薄膜浸泡于还原液中进行避光还原反应。

8.根据权利要求7所述的一种仿生超疏水纸基磁电复合薄膜，其特征在于，分别配制0.1g/mL的氯金酸水溶液、0.2 g/mL的葡萄糖水溶液和0.2 g/mL 的碳酸氢钾水溶液，将去离子水、氯金酸水溶液、葡萄糖水溶液、碳酸氢钾水溶液按体积比为5:1.6:0.2:0.4 进行混合，配置成还原液。

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