【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种多孔介质材料及其制备方法，尤其涉及一种基于微流控芯片的多孔介质材料及其制备方法。属于纳米孔。
技术介绍
1、仿生离子二极管是受生物系统启发而设计的一种器件，其基本原理是模仿生物离子通道的功能和特性。离子通道是生物细胞膜上的一种蛋白质结构，能够选择性地允许离子在细胞膜上通过。仿生离子二极管借鉴了离子通道的选择性传输和调控离子流动的能力。仿生离子二极管通常由两个离子选择性膜和电极构成。离子选择性膜具有特定的孔径结构和化学性质，实现了只能通过特定类型的离子，而阻挡其它离子的作用。电极则用于形成电场调控离子的流动。当施加适当的电压时，离子会在膜上形成离子流，类似于普通二极管中的电流流动。仿生离子二极管在离子电路中的应用非常广泛。它可以作为逻辑门元件实现逻辑运算和信号处理、用于存储器中实现非易失性存储、传感器中用于监测和测量离子参数，以及作为能量转换器件中将离子流动转化为电能或其他形式的能量。
2、仿生离子二极管在纳米通道中实现离子整流具有一定的优势和特点。纳米通道是一种具有纳米尺度孔径的材料结构，能够限制离子在其中的流动，从而实现离子的整流效果。然而纳米通道中的仿生离子二极管和离子整流在实际应用中仍面临纳米通道加工困难、制作成本高的难题。而多孔介质材料中包含纳米尺寸的孔隙结构，可以选择性允许特定类型或符合尺寸范围的离子通过，从而用于仿生离子二极管中实现离子整流。综上所述，有待提出一种制备多孔介质材料的简单方法，用于仿生离子二极管中来实现离子电流整流技术。
技术实现思路p>
1、多孔介质材料常用的制备方法包括聚合物模板法、氧化物模板法、模板剥离法，以及气相沉积法。目前常用的多孔材料的制备方法制备过程复杂，设备和操作成本较高。一种基于微流控芯片的多孔介质材料及其制备方法的提出，解决了上述问题，该制备方法具有操作简便、操作成本低，制备效率高的特点。
2、本专利技术的技术解决方案是这样实现的：
3、一种基于微流控芯片的多孔介质材料及其制备方法，多孔介质材料制备微流控芯片包括：pdms芯片和载玻片；pdms芯片中通道结构由入口样品储液池、出口样品储液池、微通道组成；微通道包括缩放通道、主通道一、主通道二；缩放通道由圆弧微通道、聚集区域组成；圆弧微通道包括圆弧微通道入口、圆弧微通道出口；其特征在于：所述多孔介质材料在微流控芯片上通过纳米尺度球形颗粒聚集制备得到；微流控芯片由pdms芯片与载玻片键合而成；pdms芯片中设置有微通道，微通道两端分别与入口样品储液池和出口样品储液池连通；微通道由入口至出口依次分为主通道一、缩放通道和主通道二；缩放通道由入口至出口依次为聚集区域和圆弧微通道；聚集区域为梯形结构且两侧壁面具有轴对称性；圆弧微通道两侧壁面对称设置有圆弧形凹槽且位于缩放通道的中间段，圆弧微通道开有圆弧微通道入口和圆弧微通道出口，微尺度球形颗粒嵌入圆弧形凹槽内，且与圆弧微通道上下水平壁面接触；微尺度球形颗粒和圆弧微通道间产生四个亚微米尺度孔隙；亚微米尺度孔隙的孔隙尺寸小于纳米尺度球形颗粒尺寸，从而阻挡纳米尺度颗粒通过，只允许液体通过，进而在聚集区域内沉积堆叠，形成具有密集纳米尺度孔隙的固体粒子阵列结构固体材料，即为多孔介质层；所述基于微流控芯片的多孔介质材料及其制备方法，包括以下步骤：
4、s1、微通道加工：利用软光刻技术，在pdms芯片上制备微通道；
5、s2、芯片键合：利用打孔器，在pdms芯片上制备入口样品储液池和出口样品储液池，然后将pdms芯片与载玻片键合，完成微流控芯片的加工；
6、s3、加入微尺度球形颗粒溶液：将微尺度球形颗粒与纯水充分混合并进行稀释，形成微尺度球形颗粒混合溶液，然后使用移液枪将微尺度球形颗粒混合溶液加至入口样品储液池，微尺度球形颗粒在压力作用下进入圆弧微通道内，使用镊子轻微挤压pdms芯片表面，使微尺度球形颗粒通过凹槽卡在圆弧微通道内；
7、s4、移出微尺度球形颗粒溶液：使用移液枪将入口样品储液池中多余的微尺度球形颗粒混合溶液吸出，并用纯水冲洗微通道；
8、s5、加入纳米尺度球形颗粒溶液：将纳米尺度球形颗粒与纯水充分混合并进行稀释，形成均匀浓度的纳米尺度球形颗粒混合溶液，然后使用移液枪将纳米尺度球形颗粒混合溶液加至入口样品储液池，之后使微流控芯片倾斜，在入口样品储液池和出口样品储液池之间形成高度差，使纳米尺度球形颗粒在流体驱动和重力共同作用下进入聚集区域)内，并在微尺度球形颗粒的阻挡下，沉积堆叠在聚集区域内，形成多孔介质层；
9、s6、移出溶液：使用移液枪将入口样品储液池中多余的纳米尺度球形颗粒混合溶液吸出。
10、其特征还在于：所述微通道的长度为1.5～2cm，高度为2～10μm，pdms芯片选取高度由微尺度球形颗粒的直径决定，聚集区域的多孔介质层的厚度由pdms芯片高度决定。
11、其特征还在于：微通道的主通道一和主通道二的宽度为40～200μm，其具体pdms芯片宽度按照pdms芯片高度:pdms芯片宽度为1:20的尺寸比例关系决定。
12、其特征还在于：缩放通道的长度为50～100μm。
13、其特征还在于：所述的圆弧微通道及圆弧微通道入口和圆弧微通道出口宽度相同均为2～10μm，由所选择微尺度球形颗粒直径尺寸大小决定。
14、其特征在于：所述微尺度球形颗粒的直径为2～10μm，纳米尺度球形颗粒的直径为300～900nm；所选择微尺度球形颗粒直径范围为2～7μm时，其具体所采用纳米尺度球形颗粒尺寸应大于微尺度球形颗粒与圆弧微通道所形成的亚微米尺度孔隙尺寸；所选择微尺度球形颗粒直径范围为8～10μm时，先选择1～2μm微尺度球形颗粒对微尺度球形颗粒与圆弧微通道所形成的四个亚微米尺度孔隙封堵，再选择大于封堵孔隙尺寸大小的纳米尺度球形颗粒。
15、与现有技术相比较，本专利技术的优点是显而易见的，主要表现在：
16、本专利技术多孔介质材料的制备方法非常简单，成本低；本专利技术提出了一种基于微流控芯片的多孔介质材料及其制备方法，在微流控芯片上的圆弧微通道凹槽内加入微尺度球形颗粒，利用圆弧微通道内微尺度球形颗粒的阻碍作用，使加入的纳米尺度球形颗粒在聚集区域内沉积堆叠，形成具有密集纳米尺度孔隙的固体粒子阵列结构固体材料，即为多孔介质层。将这种新型多孔介质材料用作离子二极管这一离子开关元件，可以应用到微纳流控芯片的离子电路中，实现离子电路电流整流技术。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于微流控芯片的多孔介质材料及其制备方法，多孔介质材料制备微流控芯片包括：PDMS芯片(1)和载玻片(2)；PDMS芯片(1)中通道结构由入口样品储液池(3)、出口样品储液池(4)、微通道(5)组成；微通道(5)包括缩放通道(10)、主通道一(13)、主通道二(14)；缩放通道(10)由圆弧微通道(6)、聚集区域(15)组成；圆弧微通道(6)包括圆弧微通道入口(11)、圆弧微通道出口(12)；其特征在于：所述多孔介质材料在微流控芯片上通过纳米尺度球形颗粒(9)聚集制备得到；微流控芯片由PDMS芯片(1)与载玻片(2)键合而成；PDMS芯片(1)中设置有微通道(5)，微通道(5)两端分别与入口样品储液池(3)和出口样品储液池(4)连通；微通道(5)由入口至出口依次分为主通道一(13)、缩放通道(10)和主通道二(14)；缩放通道(10)由入口至出口依次为聚集区域(15)和圆弧微通道(6)；聚集区域(15)为梯形结构且两侧壁面具有轴对称性；圆弧微通道(6)两侧壁面对称设置有圆弧形凹槽且位于缩放通道的中间段，圆弧微通道(6)开有圆弧微通道入口(11)和圆弧微通道出口(12)，微
2.根据权利书要求1所述的一种基于微流控芯片的多孔介质材料及其制备方法，其特征还在于：所述微通道(5)的长度为1.5～2cm，高度为2～10μm，PDMS芯片(1)选取高度由微尺度球形颗粒(7)的直径决定，聚集区域(15)的多孔介质层的厚度由PDMS芯片(1)高度决定。
3.根据权利要求书1所述的一种基于微流控芯片的多孔介质材料及其制备方法，其特征还在于：微通道(5)的主通道一(13)和主通道二(14)的宽度为40～200μm，其具体PDMS芯片(1)宽度按照PDMS芯片(1)高度:PDMS芯片(1)宽度为1:20的尺寸比例关系决定。
4.根据权利要求书1所述的一种基于微流控芯片的多孔介质材料及其制备方法，其特征还在于：缩放通道(10)的长度为50～100μm。
5.根据权利要求书1所述的一种基于微流控芯片的多孔介质材料及其制备方法，其特征还在于：所述的圆弧微通道(6)及圆弧微通道入口(11)和圆弧微通道出口(12)宽度相同均为2～10μm，由所选择微尺度球形颗粒(7)直径尺寸大小决定。
6.根据权利要求1所述的一种基于微流控芯片的多孔介质材料及其制备方法，其特征在于：所述微尺度球形颗粒(7)的直径为2～10μm，纳米尺度球形颗粒(9)的直径为300～900nm；所选择微尺度球形颗粒(7)直径范围为2～7μm时，其具体所采用纳米尺度球形颗粒(9)尺寸应大于微尺度球形颗粒(7)与圆弧微通道(6)所形成的亚微米尺度孔隙(16)尺寸；所选择微尺度球形颗粒(7)直径范围为8～10μm时，先选择1～2μm微尺度球形颗粒(7)对微尺度球形颗粒(7)与圆弧微通道(6)所形成的四个亚微米尺度孔隙(16)封堵，再选择大于封堵孔隙尺寸大小的纳米尺度球形颗粒(9)。
...【技术特征摘要】
1.一种基于微流控芯片的多孔介质材料及其制备方法，多孔介质材料制备微流控芯片包括：pdms芯片(1)和载玻片(2)；pdms芯片(1)中通道结构由入口样品储液池(3)、出口样品储液池(4)、微通道(5)组成；微通道(5)包括缩放通道(10)、主通道一(13)、主通道二(14)；缩放通道(10)由圆弧微通道(6)、聚集区域(15)组成；圆弧微通道(6)包括圆弧微通道入口(11)、圆弧微通道出口(12)；其特征在于：所述多孔介质材料在微流控芯片上通过纳米尺度球形颗粒(9)聚集制备得到；微流控芯片由pdms芯片(1)与载玻片(2)键合而成；pdms芯片(1)中设置有微通道(5)，微通道(5)两端分别与入口样品储液池(3)和出口样品储液池(4)连通；微通道(5)由入口至出口依次分为主通道一(13)、缩放通道(10)和主通道二(14)；缩放通道(10)由入口至出口依次为聚集区域(15)和圆弧微通道(6)；聚集区域(15)为梯形结构且两侧壁面具有轴对称性；圆弧微通道(6)两侧壁面对称设置有圆弧形凹槽且位于缩放通道的中间段，圆弧微通道(6)开有圆弧微通道入口(11)和圆弧微通道出口(12)，微尺度球形颗粒(7)嵌入圆弧形凹槽内，且与圆弧微通道(6)上下水平壁面接触；微尺度球形颗粒(7)和圆弧微通道(6)间产生四个亚微米尺度孔隙(16)；亚微米尺度孔隙(16)的孔隙尺寸小于纳米尺度球形颗粒(9)尺寸，从而阻挡纳米尺度颗粒(9)通过，只允许液体通过，进而在聚集区域(15)内沉积堆叠，形成具有密集纳米尺度孔隙(8)的固体粒子阵列结构固体材料，即为多孔介质层；所述基于微流控芯片的多孔介质材料及其制备方法，包括以下步骤：
2.根据权利书要求1所述的一种基于微流控芯...
【专利技术属性】
技术研发人员：王成法，徐林，周维泽，宋永欣，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。