CN114942205A - 一种酸碱性即时检测表面、构件及设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种酸碱性即时检测表面的制作方法、构件及设备，制作方法包括：提供一基底，其中，基底表面的接触角大于或等于80°且小于或等于100°，基底表面包括相邻设置的第一预设区域和第二预设区域；对第一预设区域进行粗糙化处理；在第一预设区域沉积金属薄膜；在金属薄膜上接枝硫醇端基聚合物，得到酸碱性即时检测表面，其中，硫醇端基聚合物包括硫醇端基聚甲基丙烯酸(2‑N,N‑二乙胺基)乙酯和硫醇端基聚丙烯酸中的一种或两种。本申请制作的酸碱性即时检测表面，不仅操作简单、检测效率高，而且不需要借助任何耗材，环境更友好，并且适用于存在特定视力问题的患者，适用范围更广。
Description
技术领域
本申请涉及表面加工技术领域，具体涉及一种酸碱性即时检测表面、构件及设备。
背景技术
目前对液体酸碱性的快速判断主要是通过pH试纸。该检测方法不仅会产生pH试纸废弃物，环境不友好，而且不适用于存在特定视力问题的人，比如色盲或色弱患者。
因此，有必要提供一种更为方便直观且环保的酸碱性快速检测方法。
发明内容
本申请提供一种酸碱性即时检测表面、构件及设备，可以改善现有的酸碱性快速检测方法适用范围有限且不环保的问题。
第一方面，本申请实施例提供一种酸碱性即时检测表面的制作方法，包括：
提供一基底，其中，所述基底表面的接触角大于或等于80°且小于或等于100°，所述基底表面包括相邻设置的第一预设区域和第二预设区域；
对所述第一预设区域进行粗糙化处理；
在所述第一预设区域沉积金属薄膜；
在所述金属薄膜上接枝硫醇端基聚合物，得到所述酸碱性即时检测表面，其中，所述硫醇端基聚合物包括硫醇端基聚甲基丙烯酸(2-N,N-二乙胺基)乙酯和硫醇端基聚丙烯酸中的一种或两种。
可选的，所述对所述第一预设区域进行粗糙化处理，包括：
采用飞秒激光以800-1000mm/s的扫描速度、800-1000mW的扫描功率扫描所述第一预设区域。
可选的，所述金属包括Au、Ag、Cu和Al中的至少一种。
可选的，所述硫醇端基聚合物的制备方法包括：
将反应单体、作为链转移剂的4-氰基戊酸二硫代苯甲酸酯和作为引发剂的2,2'-偶氮二(异丁腈)分散至第一有机溶剂中进行反应，得到以所述链转移剂为封端的聚合物前体；
将所述聚合物前体、正己胺、二硫苏糖醇分散于第二有机溶剂中，并进行反应，得到所述硫醇端基聚合物。
可选的，所述第一预设区域为预设三角形沿第一方向和第二方向阵列形成的区域，其中，所述预设三角形包括预定顶点和与所述预定顶点相对的预定边，所述第一方向为所述预定边的延伸方向，沿所述第一方向的阵列距离为所述预定边的边长，所述第二方向为由所述预定顶点与所述预定边上的任一点的连线的延伸方向，沿所述第二方向的阵列距离为所述连线的长度，所述预设三角形在所述预定顶点的顶角大于0°且小于或等于40°；
所述第二预设区域为所述基底表面上所述第一预设区域之外的区域。
可选的，所述预设三角形为等腰三角形，所述预定顶点为所述等腰三角形的顶点，所述预定边为所述等腰三角形的底边。
可选的，所述连线为所述等腰三角形的中线。
第二方面，本申请实施例还提供一种酸碱性即时检测构件，包括检测面，所述检测面包括相邻设置的第一预设区域和第二预设区域；
所述第二预设区域的接触角大于或等于80°且小于或等于100°；
所述第一预设区域经过粗糙化处理并且设置有金属薄膜，所述金属薄膜上接枝有硫醇端基聚合物，其中，所述硫醇端基聚合物包括硫醇端基聚甲基丙烯酸(2-N,N-二乙胺基)乙酯和硫醇端基聚丙烯酸中的一种或两种。
可选的，所述第一预设区域为预设三角形沿第一方向和第二方向阵列形成的区域，其中，所述预设三角形包括预定顶点和与所述预定顶点相对的预定边，所述第一方向为所述预定边的延伸方向，沿所述第一方向的阵列距离为所述预定边的边长，所述第二方向为由所述预定顶点与所述预定边上的任一点的连线的延伸方向，沿所述第二方向的阵列距离为所述连线的长度，所述预设三角形在所述预定顶点的顶角大于0°且小于或等于40°；
所述第二预设区域为所述检测面上所述第一预设区域之外的区域。
第三方面，本申请实施例还提供一种酸碱性即时检测设备，该酸碱性即时检测设备包括如上各实施例所述的酸碱性即时检测构件。
本申请实施例通过对基底表面的第一预设区域进行粗糙化处理，然后在第一预设区域沉积金属薄膜，最后在金属薄膜上接枝硫醇端基聚合物，得到酸碱性即时检测表面。本酸碱性即时检测表面的第一预设区域的表面特性在酸性条件下处于亲水状态，在碱性条件下处于疏水状态，而第二预设区域的表面特性则不会随液体酸碱性的不同发生改变，并且由于第二预设区域的接触角为80-100°，亲水、疏水性为一般情形，处于上述两个极端情况中间。因此，酸性液体会流向第一预设区域，碱性液体由于在第一预设区域超疏水，则会流向第二预设区域，根据该规律可以实现对液体酸碱性的即时检测，不仅操作简单、效率高，而且不需要借助任何耗材，环境更友好，并且适用于存在特定视力问题的患者，适用范围更广。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其有益效果显而易见。
图1是本申请实施例提供的一种酸碱性即时检测表面的制作方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的一种酸碱性即时检测表面的结构示意图；
图3、图4是本申请实施例提供的第一区域的微观结构的SEM图片；
图5是本申请实施例提供的一种硫醇端基聚合物接枝在金属表面的模型图；
图6是本申请实施例提供的一种预设三角形示意图；
图7是本申请实施例提供的一种预设三角形阵列的示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
应当理解，尽管在本文可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本文范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。此外，本申请中指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
请参阅图1和图2，图1是本申请实施例提供的一种酸碱性即时检测表面的制作方法的流程示意图，图2是本申请实施例提供的一种酸碱性即时检测表面的的结构示意图。该酸碱性即时检测表面的制作方法，包括：
S101、提供一基底，其中，基底表面的接触角大于或等于80°且小于或等于100°，基底表面包括相邻设置的第一预设区域和第二预设区域。
可以理解的是，接触角可以反映基底表面的表面能大小或者疏水、亲水特性。接触角越大，比如接触角为135°以上，表明基底表面的表面能越小，基底表面为疏水性；相反，接触角越小，比如接触角为45°以下，表明基底表面的表面能越大，基底表面为亲水性。
本实施例选用接触角为80-100°的基底，表面能适中，作为一个示例，基底可以是聚苯乙烯(PS)、T2紫铜板等。其中，基底表面包括相邻设置的第一预设区域10和第二预设区域20，第一预设区域10为后续步骤中进行表面处理的区域，第二预设区域20为基底表面本身、不需要进行表面处理的区域。
S102、对第一预设区域进行粗糙化处理。
需要说明的是，在对第一预设区域10进行粗糙化处理前，可以先对基底的表面进行清洗，比如，可以先依次采用乙醇和去离子水进行超声波清洗。
粗糙化处理的目的在于改变第一预设区域10的表面亲水、疏水特性。为了在第一预设区域10获得粗糙表面，在一些示例中，可以通过光刻、湿法蚀刻或纳米粒子喷涂等方法实现。光刻可以制造规则的阵列结构，例如柱体、锥体、凹槽甚至一些非对称结构，但光刻效率低、步骤繁琐，成本较高。湿法蚀刻虽然简单且成本较低，但蚀刻废液会对环境造成污染，并且湿法蚀刻制备的表面微观结构通常是无序不可控的。纳米粒子喷涂需要掩模版辅助，并且工艺也相对较复杂，成本高。
作为一个优选示例，可以采用飞秒激光以800-1000mm/s的扫描速度、800-1000mW的扫描功率扫描第一预设区域10，得到粗糙度为微纳米尺度(例如10-1000nm)的粗糙表面。
比如，可以先在基底的表面覆一塑料薄膜，例如0.03mm的PE或PET薄膜等，然后采用CAD等制图软件设计第一预设区域10的形状，并将图档导入飞秒激光设备。然后启动飞秒激光设备，飞秒激光设备按照图档，扫描第一预设区域10，将位于第一预设区域10的薄膜气化去除，以暴露出基底第一预设区域10的表面，飞秒激光设备的功率可以根据薄膜的材料及厚度进行选择。基底第一预设区域10的表面暴露后，设置飞秒激光设备的参数，将扫描速度设置为900mm/s、扫描功率设置为900mW，对第一预设区域10进行扫描，以进行粗糙化处理。第一预设区域10的粗糙度尺度为微纳米水平，即可以在第一预设区域10形成微纳米尺度的微孔结构。可以参照图3、图4本申请实施例提供的第一预设区域的微观结构的SEM图片。
需要说明的是，微纳米尺度的微孔结构可以提高第一区域10的疏水性。
S103、在第一预设区域沉积金属薄膜。
比如，可以以第二预设区域20表面剩余的薄膜为掩模版，在第一预设区域10沉积金属薄膜。作为一个示例，金属薄膜可以采用物理气相沉积(PVD)工艺进行制作。
作为一个示例，金属薄膜的厚度可以是10-20nm。
可以理解的是，金属薄膜可以形成在上述微孔结构的表面。
S104、在金属薄膜上接枝硫醇端基聚合物，得到酸碱性即时检测表面，其中，硫醇端基聚合物包括硫醇端基聚甲基丙烯酸(2-N,N-二乙胺基)乙酯和硫醇端基聚丙烯酸中的一种或两种。
比如，可以将沉积有金属薄膜的基底浸入硫醇端基聚合物的溶液中(例如，可以采用乙醇作为溶剂)，浸泡12小时以上，在第一预设区域10充分接枝后，可以采用乙醇和去离子水冲洗以洗去残留的未接枝聚合物。最后将作为掩膜版的薄膜从第二预设区域20去除即可。
硫醇端基聚合物中的巯基与金属具有较强的亲和力，特别是过渡金属，比如Au、Ag、Cu、Al、Fe等，巯基可以与过渡金属形成很强的配位键。请参照图5，图5是本申请实施例提供的一种硫醇端基聚合物接枝在金属表面的模型图。硫醇端基聚合物接枝到金属薄膜(Me)的表面，在金属表面形成一自组装膜，高分子链朝向远离金属表面的一侧，从而完成本实施例的第一预设区域10的制作。
本实施例中，硫醇端基聚合物可以是硫醇端基聚甲基丙烯酸(2-N,N-二乙胺基)乙酯(PDEAEMA-SH)或硫醇端基聚丙烯酸(PAA-SH)，也可以是两者形成的混合物。
本实施例制作的酸碱性即时检测表面的工作原理为：在酸性(pH＜7.0)条件下，聚甲基丙烯酸(2-N,N-二乙胺基)乙酯(PDEAEMA)中的氨基和聚丙烯酸(PAA)中的羧基会逐渐质子化，聚合物链段倾向于伸展开，当pH≤2.0时，聚合物链段则完全伸展开，聚合物链段伸展开会堵塞第一预设区域10内的微孔，有效微孔面积几乎为零，使第一预设区域10的亲水性远远好于第二预设区域20，此时，酸性液体在第一预设区域10的接触角基本在10°以下。因此，酸性液体倾向于流向第一预设区域10；相反，在碱性(pH＞7.0)条件下，聚甲基丙烯酸(2-N,N-二乙胺基)乙酯(PDEAEMA)中的氨基和聚丙烯酸(PAA)中的羧基会逐渐去质子化，聚合物链段倾向于卷曲，当pH≥10.0时，聚合物链段则完全卷曲，使第一预设区域10的有效微孔面积显著增大，第一预设区域10的疏水性远远好于第二预设区域20，此时，碱性液体在第一预设区域10的接触角大于125°，当pH＝10.0时，接触角甚至可以超过170°，因此，碱性液体由于第一预设区域10的疏水性而流向第二预设区域20。
即第一预设区域10的表面表面特性在酸性条件下处于超亲水状态，在碱性条件下处于超疏水状态，而第二预设区域20的表面特性则不会随液体酸碱性的不同发生改变，并且由于第二预设区域20的接触角为80-100°，表面特性为一般情形，处于上述两个极端情况中间。因此，酸性液体会流向第一预设区域10，碱性液体由于在第一预设区域10疏水则会流向第二预设区域20，根据该规律可以实现对液体酸碱性的即时检测，不仅操作简单、效率高，而且不需要借助任何耗材，环境更友好，并且适用于存在特定视力问题的患者，适用范围更广。
作为一个示例，硫醇端基聚合物的制备方法可以包括：
步骤A、将反应单体、作为链转移剂的4-氰基戊酸二硫代苯甲酸酯和作为引发剂的2,2'-偶氮二(异丁腈)分散至第一有机溶剂中进行反应，得到以所述链转移剂为封端的聚合物前体。
当硫醇端基聚合物为PDEAEMA-SH时，反应单体为甲基丙烯酸(2-N,N-二乙胺基)乙酯(DEAEMA)。当硫醇端基聚合物为PAA-SH时，反应单体为丙烯酸。两者反应原理和制作方法相似，现以反应单体为DEAEMA为例进行说明。
作为一个示例，可以以5.96g(31.9mmol)的DEAEMA作为单体，0.089g(0.32mmol)的4-氰基戊酸二硫代苯甲酸酯(CPADB)作为链转移剂(CTA)，以0.013g(0.080mmol)的2,2'-偶氮二(异丁腈)(AIBN)作为引发剂，将上述原料依次溶解在30mL四氢呋喃(THF)中，进行聚合反应，将所得粗产物在正己烷中沉淀并在真空中干燥得到PDEAEMA-CTA前体。
步骤B、将聚合物前体、正己胺、二硫苏糖醇分散于第二有机溶剂中，并进行反应，得到硫醇端基聚合物。
本步骤的目的在于在聚合物链的末端产生硫醇基团。紧接上述实施例，可以将摩尔比为1:20:0.25的PDEAEMA-CTA前体、正己胺和二硫苏糖醇(DTT)依次溶解在20mL的二氯甲烷(DCM)中，并进行反应，将所得粗产物在正己烷中沉淀后，并通过真空干燥得到硫醇端基聚合物PDEAEMA-SH。
需要说明的是PAA-SH的制备方法与PDEAEMA-SH相同，不申请实施例不再进行赘述。
在一个实施例中，请继续参阅图2、图6和图7，图6是本申请实施例提供的一种预设三角形示意图；图7是本申请实施例提供的一种预设三角形阵列的示意图。第一预设区域10可以是预设三角形100沿第一方向和第二方向阵列形成的区域，其中，预设三角形包括预定顶点A以及与预定顶点A相对的预定边BC，第一方向为预定边BC的延伸方向，沿第一方向的阵列距离为预定边BC的边长，第二方向为由预定顶点A与预定边BC上的任一点的连线AD的延伸方向，沿第二方向的阵列距离为连线AD的长度，预设三角形100在预定顶点A的顶角大于0°且小于或等于40°；第二预设区域20为基底表面上第一预设区域10之外的区域。可以理解的是，极端情况下，连线AD可以与AB或AC重合。
本实施例中，预设三角形100按照上述方式阵列形成第一预设区域10，可以看出第一预设区域10在第二方向是连通的，并且0＜∠BAC≤40°，当酸性液体置于本酸碱性即时检测表面时，会流向第一预设区域10，并且由于液体与三角形接触的不对称，液滴受到拉普拉斯压强差的作用会沿着第一预设区域10自发向图7所述左侧方向移动。同理，当碱性液体置于本酸碱性即时检测表面时，会流向第二预设区域20，并且液滴受到拉普拉斯压强差的作用会沿着第二预设区域20自发向图7所述右侧方向移动。当∠BAC适当减小时，拉普拉斯压强差会相应增大，即使本实施例的即时检测装置的表面发生倾斜，上述压强差提供的驱动力甚至可以克服液体的重力，使液体可以自发爬坡。
本实施例的酸碱性即时检测表面通过预设三角形100按照上述方式阵列形成第一预设区域10，并且预设三角形100在预定顶点A的顶角大于0°且小于或等于40°，使酸性或者碱性液体可以在酸碱性即时检测表面自发流动，根据液体的流动方向可以判断液体的酸碱性，使酸碱性检测具有更好的可视性。
作为一个优选示例，预设三角形100可以是等腰三角形，预定顶点A为等腰三角形的顶点，预定边BC为等腰三角形的底边，此外，连线AD最好是等腰三角形的中线，可以使液体流动所受的驱动力更加均匀。
本申请实施例还提供了一种酸碱性即时检测构件，该酸碱性即时检测构件包括检测面，所述检测面包括相邻设置的第一预设区域和第二预设区域；
所述第二预设区域的接触角大于或等于80°且小于或等于100°；
所述第一预设区域经过粗糙化处理并且设置有金属薄膜，所述金属薄膜上接枝有硫醇端基聚合物，其中，所述硫醇端基聚合物包括硫醇端基聚甲基丙烯酸(2-N,N-二乙胺基)乙酯和硫醇端基聚丙烯酸中的一种或两种。
在一种实施方式中，所述第一预设区域为预设三角形沿第一方向和第二方向阵列形成的区域，其中，所述预设三角形包括预定顶点和与所述预定顶点相对的预定边，所述第一方向为所述预定边的延伸方向，沿所述第一方向的阵列距离为所述预定边的边长，所述第二方向为由所述预定顶点与所述预定边上的任一点的连线的延伸方向，沿所述第二方向的阵列距离为所述连线的长度，所述预设三角形在所述预定顶点的顶角大于0°且小于或等于40°；
所述第二预设区域为所述检测面上所述第一预设区域之外的区域。
本申请实施例还提供了一种酸碱性即时检测设备，该酸碱性即时检测设备包括上述各实施例所述的酸碱性即时检测构件。
本申请实施例的酸碱性即时检测构件及设备的工作原理，已在上文各实施例的酸碱性即时检测表面的制作方法中进行描述，均属于同一构思，此处不再赘述。
以上对本申请实施例所提供的一种酸碱性即时检测表面的制作方法、构件及设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种酸碱性即时检测表面的制作方法，其特征在于，包括：
提供一基底，其中，所述基底表面的接触角大于或等于80°且小于或等于100°，所述基底表面包括相邻设置的第一预设区域和第二预设区域；
对所述第一预设区域进行粗糙化处理；
在所述第一预设区域沉积金属薄膜；
在所述金属薄膜上接枝硫醇端基聚合物，得到所述酸碱性即时检测表面，其中，所述硫醇端基聚合物包括硫醇端基聚甲基丙烯酸(2-N,N-二乙胺基)乙酯和硫醇端基聚丙烯酸中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述对所述第一预设区域进行粗糙化处理，包括：
采用飞秒激光以800-1000mm/s的扫描速度、800-1000mW的扫描功率扫描所述第一预设区域。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述金属包括Au、Ag、Cu和Al中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述硫醇端基聚合物的制备方法包括：
将反应单体、作为链转移剂的4-氰基戊酸二硫代苯甲酸酯和作为引发剂的2,2'-偶氮二(异丁腈)分散至第一有机溶剂中进行反应，得到以所述链转移剂为封端的聚合物前体；
将所述聚合物前体、正己胺、二硫苏糖醇分散于第二有机溶剂中，并进行反应，得到所述硫醇端基聚合物。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制作方法，其特征在于，所述第一预设区域为预设三角形沿第一方向和第二方向阵列形成的区域，其中，所述预设三角形包括预定顶点和与所述预定顶点相对的预定边，所述第一方向为所述预定边的延伸方向，沿所述第一方向的阵列距离为所述预定边的边长，所述第二方向为由所述预定顶点与所述预定边上的任一点的连线的延伸方向，沿所述第二方向的阵列距离为所述连线的长度，所述预设三角形在所述预定顶点的顶角大于0°且小于或等于40°；
所述第二预设区域为所述基底表面上所述第一预设区域之外的区域。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述预设三角形为等腰三角形，所述预定顶点为所述等腰三角形的顶点，所述预定边为所述等腰三角形的底边。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述连线为所述等腰三角形的中线。
8.一种酸碱性即时检测构件，包括检测面，其特征在于，所述检测面包括相邻设置的第一预设区域和第二预设区域；
所述第二预设区域的接触角大于或等于80°且小于或等于100°；
所述第一预设区域经过粗糙化处理并且设置有金属薄膜，所述金属薄膜上接枝有硫醇端基聚合物，其中，所述硫醇端基聚合物包括硫醇端基聚甲基丙烯酸(2-N,N-二乙胺基)乙酯和硫醇端基聚丙烯酸中的一种或两种。
9.根据权利要求8所述的酸碱性即时检测构件，其特征在于，所述第一预设区域为预设三角形沿第一方向和第二方向阵列形成的区域，其中，所述预设三角形包括预定顶点和与所述预定顶点相对的预定边，所述第一方向为所述预定边的延伸方向，沿所述第一方向的阵列距离为所述预定边的边长，所述第二方向为由所述预定顶点与所述预定边上的任一点的连线的延伸方向，沿所述第二方向的阵列距离为所述连线的长度，所述预设三角形在所述预定顶点的顶角大于0°且小于或等于40°；
所述第二预设区域为所述检测面上所述第一预设区域之外的区域。
10.一种酸碱性即时检测设备，其特征在于，包括权利要求8或9所述的酸碱性即时检测构件。
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