一种显色阻水滤芯的配方及其制作工艺的制作方法

1.本发明属于微生物检测材料领域，具体涉及一种显色阻水滤芯的配方及其制作工艺。


背景技术：

2.传统的实验室用生物检测滤芯是通过制备一些特殊孔径的聚乙烯板裁切而成。但是对不慎操作导致液滴污染移液枪的预防几乎为零，这就导致了移液枪被污染，而操作者却未知。后来的滤芯加入了一些阻水功能，但是操作者也不知道是否被污染。相较于以上提到的两款滤芯，需要制备的显色阻水滤芯在与水接触后就会在滤芯上有颜色反馈。通过吸水树脂与水接触形成凝胶阻隔层，可以有效阻止危险液体过冲，防止溶剂中含水物质对移液枪的破坏。尤其是核酸检测中，可以有效地阻止潜在样品与移液枪发生交叉感染，保障检测结果的真实有效性。
3.现有的滤芯制备工艺主要集中在挤出切粒法、注塑法和模板裁切法。但是这类工艺生产的滤芯所具有的功能比较单一，无法实现多个功能的统一。因此，实现滤芯的多功能化，简化滤芯的制造工艺，在未来的生物检测领域具有现实意义。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种显色阻水滤芯，包括
5.纯料包覆层；所述纯料包覆层的材质为聚乙烯(pe)；
6.遇水显色层，设于所述纯料包覆层表面；所述遇水显色层包括聚乙烯和硫酸铜；
7.带颜色标识层，设于所述遇水显色层远离纯料包覆层的一侧；所述带颜色标识层包括颜料和聚乙烯；
8.阻水层，设于所述遇水显色层和带颜色标识层之间；所述阻水层包括聚乙烯和吸水树脂；
9.所述纯料包覆层、遇水显色层、带颜色标识层和阻水层的厚度比为10-20：60-70：30-40： 250-300。
10.优选的，所述遇水显色层中，聚乙烯和硫酸铜的质量比为6-8：1；所述硫酸铜购自国药化学试剂有限公司。
11.优选的，所述阻水层中，聚乙烯和吸水树脂的质量比为8-12：1；所述吸水树脂购自中国石化。
12.优选的，所述带颜色标识层中，颜料和聚乙烯的质量比为1：90-110；所述颜料购自广州美丹颜料有限公司。
13.优选的，所述纯料包覆层、遇水显色层、带颜色标识层和阻水层的质量比为1-2：2-4：1： 16-20。
14.优选的，所述显色阻水滤芯通过平板硫化工艺制备得到。
15.进一步地，所述平板硫化工艺的温度为160-180℃。
16.具体的，所述平板硫化工艺的的温度为170℃。
17.进一步地，所述平板硫化工艺的加工时间为150-210s。
18.具体的，所述平板硫化工艺的加工时间为150s。
19.具体的，上述显色阻水滤芯的制备方法，包括以下步骤：
20.(1)通过数控铣床先制备一个金属模具，下部料仓尺寸为105.2*105.2*4.6mm，上盖尺寸为104.4*104.4*0.45mm，并涂上不粘涂层；
21.(2)将聚乙烯粉末称取2g，放置于筛网上。通过轻轻拍打筛网把上面的聚乙烯粉末均匀拍入模具中；
22.(3)pe粉末和无水硫酸铜的混合粉，pe粉末和无水硫酸铜的质量比为7：1，总质量为 4g。混合粉放置于80目的筛网上，通过轻轻拍打筛网把上面的粉末均匀拍入模具中的上面。
23.(4)pe粉末和吸水树脂的混合粉，pe粉末和吸水树脂的质量比为10：1，总质量为18 g。混合粉放置于80目的筛网上，通过轻轻拍打筛网把上面的聚乙烯粉末均匀拍入模具的上面。
24.(5)pe粉末和红色颜料的混合粉，pe粉末和红色颜料的质量比为100：1，总质量为1 g。混合粉放置于80目的筛网上，通过轻轻拍打筛网把上面的聚乙烯粉末均匀拍入模具的上面。
25.(6)把模具放入平板硫化机上，160-180℃加热150-210s。然后取出冷却15min，取出里面的板材待用。
26.(7)最后裁成直径为7mm的小圆片。
27.进一步地，在步骤(1)中，金属模具为铝合金，黄铜或不锈钢。不沾涂层为特氟龙，由工厂加工。
28.进一步地，在步骤(2)中，金属筛网的目数为80目。所购pe粉末购自中国石化。
29.本发明还提供上述的显色阻水滤芯在生物检测实验中作为柔性应变传感器的应用。
30.该滤芯能在接触水时变色，当水遇到阻水层时不能进行穿透。
31.这显色阻水滤芯是一个对水比较敏感，能快速反馈的指示器。具体来说就是当我们的滤芯在显色层即无水硫酸铜粉末层遇水后就变蓝，提示操作者的滤芯进水。在阻水层中，通过树脂吸水膨胀，慢慢的堵住原来滤芯间的空隙，从而达到水越往上走越困难，越往上水越少，最后完全被阻止了。
32.本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
33.1、本发明采用逐层铺料法制备显色阻水滤芯板材，并通过控制每一层原料的重量来达到逐层厚度可控的。相较于传统滤芯，这种方法制备的滤芯每一组份具有鲜明的作用，显色层用来预示本发明的滤芯是否碰到水溶性溶剂。阻水层，能很有效的阻断水溶性溶剂进入移液枪内部。
34.2、本发明采用超高分子量聚乙烯粉末为主体材料，该材料也是制备滤芯的常用材料，超高分子量聚乙烯具有无毒，耐磨，直径稳定的特点。
35.3、本发明制备的显色阻水滤芯可在宏观条件下生产，不需要任何精密设备，降低生产成本。
36.4、本发明的显色阻水滤芯具有遇水变色，遇水阻断的高度灵敏性。
附图说明
37.图1是本发明实施例1制备的显色阻水滤芯的结构示意图；
38.图2是本发明实施例1制备的显色阻水滤芯的edx扫描电镜分析结果；
39.图3是本发明实施例1制备的显色阻水滤芯的遇水变色阻断效果；
40.图4是本发明实施例2制备的显色阻水滤芯的剖面结构的照片；
41.图5是本发明实施例3制备的显色阻水滤芯的多次吸入与排出实验前后对比结果。
42.附图标记说明：1-纯料包覆层，2-遇水显色层，3-阻水层，4-带颜色标识层。
具体实施方式
43.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
44.一种显色阻水滤芯，包括
45.纯料包覆层1；
46.遇水显色层2，设于纯料包覆层1表面；
47.带颜色标识层4，设于遇水显色层2远离纯料包覆层1的一侧；
48.阻水层3，设于遇水显色层2和带颜色标识层4之间。
49.实施例1
50.(1)遇水显色层粉末的配置
51.无水硫酸铜选用(但不限于)国药化学试剂有限公司，聚乙烯粉末选用(但不限于)中国石化。将无水硫酸铜和聚乙烯粉末按照1：7的质量比混合，搅拌5min，使其充分混合均匀。
52.(2)阻水层粉末的配置
53.吸水树脂选用(但不限于)美元净水材料公司200-400目，聚乙烯粉末选用(但不限于) 中国石化。将吸水树脂和聚乙烯粉末按照1：10的质量比混合，搅拌5min，使其充分混合均匀。
54.(3)带颜色标识层粉末的配置
55.红色粉末选用(但不限于)美丹颜料公司，聚乙烯粉末选用(但不限于)中国石化。将红色粉末和聚乙烯粉末按照1：100的质量比混合，搅拌3min，使其充分混合均匀。
56.(4)显色阻水滤芯的制备
57.a)将提前准备好的带不沾涂层的金属模具(下部含槽底板和上盖)用气枪吹净，尽量除去上面的灰尘。
58.b)将聚乙烯粉末称取2g，放置于筛网上。通过轻轻拍打筛网把上面的聚乙烯粉末均匀拍入模具中，作为纯的纯料包覆层；
59.c)将(1)配制好的遇水显色粉4g用80目的筛网均匀拍入步骤b)的聚乙烯粉末上方，作为遇水显色层；
60.d)将(2)配制好的阻水粉18g用80目的筛网均匀拍入步骤c)的遇水显色层上方，作为阻水层；
61.e)将(3)配制好的带颜色标识粉用80目的筛网均匀拍入步骤d)的阻水层上方，作为带颜色标识层；
62.f)将步骤e)模具放入平板硫化机上，170℃加热180s。然后常温取出冷却15min，取出里面的板材待用；
63.g)将步骤f)取出的板材在自制的裁切机上裁成直径为7mm的小圆片；
64.参见图1，本发明上述方法制备的显色阻水滤芯，包括自下而上设置的依次是纯料包覆层、遇水变色层、阻水层和带颜色标识层。
65.h)将步骤g)得到的直径7mm的小圆片装入1000μl的枪头中，完成显色阻水滤芯枪头的装配。
66.对上述制备的阻水滤芯的遇水显色层进行sem扫描电镜分析，结果如图2所示，从图中可以看出大块的聚乙烯颗粒(粒径约50-100μm)里面均匀分布着一些吸水树脂小颗粒(粒径约10-20μm)。颗粒之间间隙基本在10μm左右，是完全符合滤芯要求的。
67.对本实施所制备的遇水显色阻水滤芯进行了实际使用过程的测试，结果表明，该方法制备的滤芯能有效阻止液体被吸入移液枪。且都能遇水变色和阻断液体进入移液枪。
68.实施例2
69.(1)遇水显色层粉末的配置
70.无水硫酸铜选用(但不限于)国药化学试剂有限公司，聚乙烯粉末选用(但不限于)中国石化。将无水硫酸铜和聚乙烯粉末按照1：7的质量比混合，搅拌5min，使其充分混合均匀。
71.(2)阻水层粉末的配置
72.吸水树脂选用(但不限于)美元净水材料公司200-400目，聚乙烯粉末选用(但不限于) 中国石化。将吸水树脂和聚乙烯粉末按照1：10的质量比混合，搅拌5min，使其充分混合均匀。
73.(3)带颜色标识层粉末的配置
74.红色粉末选用(但不限于)广州美丹颜料公司，聚乙烯粉末选用(但不限于)中国石化。将红色粉末和聚乙烯粉末按照1：100的质量比混合，搅拌3min，使其充分混合均匀。
75.(4)显色阻水滤芯的制备
76.a)将提前准备好的带不沾涂层的金属模具(下部含槽底板和上盖)用气枪吹净，尽量除去上面的灰尘。
77.b)将聚乙烯粉末称取2g，放置于筛网上。通过轻轻拍打筛网把上面的聚乙烯粉末均匀拍入模具中，作为纯的纯料包覆层；
78.c)将(1)配制好的遇水显色粉4g用80目的筛网均匀拍入步骤b)的聚乙烯粉末上方，作为遇水显色层；
79.d)将(2)配制好的阻水粉18g用80目的筛网均匀拍入步骤c)的遇水显色层上方，作为阻水层；
80.e)将(3)配制好的带颜色标识粉用80目的筛网均匀拍入步骤d)的阻水层上方，作为带颜色标识层；
81.f)将步骤e)模具放入平板硫化机上，170℃加热180s。然后常温取出冷却15min，取出里面的板材待用；
82.g)将步骤f)取出的板材在自制的裁切机上裁成直径为7mm的小圆片；
83.h)将步骤g)得到的直径7mm的小圆片装入1000μl的枪头中，完成显色阻水滤芯枪头的装配。
84.对本实施所制备的遇水显色阻水滤芯进行了实际使用过程的测试，结果表明，该方法制备的滤芯能有效阻止液体被吸入移液枪，如图4所示，可以供操作者清晰的看到。参照表1 可以发现，显色反应时间仅为1.43s，而且显色层宽度为0.64mm，如图5所示。
85.实施例3
86.(1)遇水显色层粉末的配置
87.无水硫酸铜选用(但不限于)国药化学试剂有限公司，聚乙烯粉末选用(但不限于)中国石化。将无水硫酸铜和聚乙烯粉末按照1：7的质量比混合，搅拌5min，使其充分混合均匀。
88.(2)阻水层粉末的配置
89.吸水树脂选用(但不限于)美元净水材料公司200-400目，聚乙烯粉末选用(但不限于) 中国石化。将吸水树脂和聚乙烯粉末按照1：10的质量比混合，搅拌5min，使其充分混合均匀。
90.(3)带颜色标识层粉末的配置
91.红色粉末选用(但不限于)美丹颜料公司，聚乙烯粉末选用(但不限于)中国石化。将红色粉末和聚乙烯粉末按照1：100的质量比混合，搅拌3min，使其充分混合均匀。
92.(4)显色阻水滤芯的制备
93.a)将提前准备好的带不沾涂层的金属模具(下部含槽底板和上盖)用气枪吹净，尽量除去上面的灰尘。
94.b)将聚乙烯粉末称取2g，放置于筛网上。通过轻轻拍打筛网把上面的聚乙烯粉末均匀拍入模具中，作为纯的纯料包覆层；
95.c)将(1)配制好的遇水显色粉4g用80目的筛网均匀拍入步骤b)的聚乙烯粉末上方，作为遇水显色层；
96.d)将(2)配制好的阻水粉18g用80目的筛网均匀拍入步骤c)的遇水显色层上方，作为阻水层；
97.e)将(3)配制好的带颜色标识粉用80目的筛网均匀拍入步骤d)的阻水层上方，作为带颜色标识层；
98.f)将步骤e)模具放入平板硫化机上，170℃加热180s。然后常温取出冷却15min，取出里面的板材待用；
99.g)将步骤f)取出的板材在自制的裁切机上裁成直径为7mm的小圆片；
100.h)将步骤g)得到的直径7mm的小圆片装入1000μl的枪头中，完成显色阻水滤芯枪头的装配。
101.对本实施所制备的遇水显色阻水滤芯进行了实际使用过程的测试，结果表明，该方法制备的滤芯能有效阻止液体被吸入移液枪，参照表1可以发现，2s吸液间隔能重复7次，保证操作者可以把枪头内的试剂打出。
102.表1制备的显色阻水滤芯的多次吸入与排出实验前后对比结果
[0103][0104]
对比例1
[0105]
(1)遇水显色层粉末的配置
[0106]
无水硫酸铜选用(但不限于)国药化学试剂有限公司，聚乙烯粉末选用(但不限于)中国石化。将无水硫酸铜和聚乙烯粉末按照1：7的质量比混合，搅拌5min，使其充分混合均匀。
[0107]
(2)阻水层粉末的配置
[0108]
吸水树脂选用(但不限于)美元净水材料公司200-400目，聚乙烯粉末选用(但不限于)中国石化。将吸水树脂和聚乙烯粉末按照1：10的质量比混合，搅拌5min，使其充分混合均匀。 (3)带颜色标识层粉末的配置
[0109]
红色粉末选用(但不限于)美丹颜料公司，聚乙烯粉末选用(但不限于)中国石化。将红色粉末和聚乙烯粉末按照1：100的质量比混合，搅拌3min，使其充分混合均匀。
[0110]
(4)显色阻水滤芯的制备
[0111]
a)将提前准备好的带不沾涂层的金属模具(下部含槽底板和上盖)用气枪吹净，尽量除去上面的灰尘。
[0112]
b)将聚乙烯粉末称取2g，放置于筛网上。通过轻轻拍打筛网把上面的聚乙烯粉末均匀拍入模具中，作为纯的纯料包覆层；
[0113]
c)将(2)配制好的阻水粉18g用80目的筛网均匀拍入步骤c)的遇水显色层上方，作为阻水层；
[0114]
d)将(1)配制好的遇水显色粉4g用80目的筛网均匀拍入步骤b)的聚乙烯粉末上方，作为遇水显色层；
[0115]
e)将(3)配制好的带颜色标识粉用80目的筛网均匀拍入步骤d)的阻水层上方，作为带颜色标识层；
[0116]
f)将步骤e)模具放入平板硫化机上，170℃加热180s。然后常温取出冷却15min，取出里面的板材待用；
[0117]
g)将步骤f)取出的板材在自制的裁切机上裁成直径为7mm的小圆片；
[0118]
h)将步骤g)得到的直径7mm的小圆片装入1000μl的枪头中，完成显色阻水滤芯枪头的装配。
[0119]
对上述制备的阻水滤芯的遇水显色层进行edx能谱扫描电镜分析，结果如图3所示，从图中可以看出cuso4粉末(呈绿色亮点)均匀分布在聚乙烯粉末中。cuso4粉末和聚乙烯粉末的接触面显示分布很均匀。这也说明了采用本发明的方法制备的显色层具有均一性。
[0120]
对本对比例所制备的遇水显色阻水滤芯进行了实际使用过程的测试，结果表明，
该方法制备的滤芯能有效阻断水在滤芯的透过性，但不能显色。
[0121]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。