一种基于表面电荷的用于液滴内物质富集的操作平台

1.本发明涉及化学生物分析技术领域，尤其是一种基于表面电荷的用于液滴内物质富集的操作平台。


背景技术：

2.在化学生物分析中一般需要待测物达到检测线才能得到分析结果，因此液滴内的物质浓度富集正在受到广泛的关注。目前微液滴内物质富集的方法主要是在超疏水表面制备超亲水微孔，再将黏附在超亲水微孔中的液滴蒸发，富集物质。蒸发富集的方式所需装置制备复杂，需要额外制备超亲水区域，并且蒸发过程缓慢，耗费额外的时间。使用传统微流控进行物质富集分离需要制备特殊物理结构，如“y”型结结构来分离子液滴，限制了使用的条件。因此，亟需一种简单快速的富集液滴内所含物质的方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种简单快速的富集液滴内所含物质的方法，即一种基于表面电荷的用于液滴内物质富集的操作平台。
4.本发明提供的基于表面电荷的用于液滴内物质富集的操作平台的结构主要包括感应基底和表面具有疏水或超双疏性能的薄片。所述感应基底的尺寸小于薄片，薄片覆盖在感应基底上且与感应基底完全贴合并将感应基片完全覆盖。
5.表面具有疏水性能的薄片由疏水高分子介电材料制成，或者由玻璃片经过氟化处理得到。表面具有超双疏性能的薄片由玻璃片作为基片先后经过亲水处理和疏水处理后得到。
6.所述感应基底为表面平整的双面导电薄膜。感应基底的主要特征在于材料电导率高，表面平整以达到与薄片的下表面尽可能贴合。例如，感应基底可以优选但不限于铜箔胶带。当对超双疏或疏水表面的感应区域进行充电时，可使用液滴撞击感应区域通过接触分离充电，也可以在感应区域接上电极，使用高压直流电源提供稳定电压。
7.所述物质富集操作平台还可以设置外加直流高压电源，高压电源与感应基底连接。
8.优选的是，表面具有疏水性能的薄片由聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯材料制成。
9.优选的是，表面具有疏水性能的薄片由如下方法制得：将玻璃片用等离子体清洗机处理，处理后将玻璃片放置于真空玻璃干燥器内的陶瓷架上，真空玻璃干燥器底部放置盛有十二烷基三氯硅烷的样品瓶，抽真空至0.1mpa，化学气相沉积反应时间为0.5小时以上，得到疏水表面。
10.优选的是，表面具有超双疏性能的薄片由如下方法制得：以玻璃片作为基片，将玻璃片在蜡烛中焰上往复烧制，使蜡烛灰均匀涂覆在玻璃片的一面；接着在真空玻璃干燥器中进行化学气相沉积通过stober反应生成sio2纳米颗粒，得到亲水处理的玻璃片；然后将亲水处理的玻璃片进行等离子体清洗机处理，处理后将玻璃片放置于真空玻璃干燥器内的
陶瓷架上，真空玻璃干燥器底部放置盛有十二烷基三氯硅烷的样品瓶，抽真空至0.1mpa，化学气相沉积反应时间为0.5小时以上，得到超双疏表面。
11.优选的是，所述薄片为长方形，尺寸为60mm
×
24mm；所述感应基底为1.5mm
×
1.5mm的正方形双面导电铜箔胶带。
12.本发明的物质富集操作平台的工作原理如下：
13.当液滴在一定高度释放并撞击在疏水/超疏水表面时，疏水/超疏水表面会带有正电荷，并且在低湿度情况下可以长时间保留，表面上的负电荷会对液滴内带电荷的物质产生静电力的作用，带负电的物质会富集在液滴上半部分，带正电的物质会富集在液滴的下半部分，中性粒子也会在介电泳力的作用下向电场强度大的方向移动，实现液滴内部物质的富集。这种方法能够在操作平台上使多种物质在液滴内富集，包括生物大分子(例如血红蛋白)与纳米材料(例如zif-8)。
14.与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
15.本发明利用了疏水或超双疏表面可以稳定保持电荷的能力，可以在没有外部能量输入或外加电压的情况下通过静电力对液滴内部物质进行富集，而在外加直流电源后可以控制物质富集位置并且富集效率更高。
16.而且，本发明的富集平台具有良好的普适性，富集平台产生的静电力作用不仅可以对水溶液液滴进行物质富集操作，还可以对油滴中的物质达到同样的富集效果，同时油体系或油-水体系中由于油的存在，体系蒸发速度比水体系慢得多，可以大幅减少溶剂的质量损失。
17.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
18.图1、本发明的基于表面电荷的用于液滴内物质富集的操作平台的示意图。
19.图2、两种疏水性薄片与感应基底构成的物质富集操作平台示意图。
20.图3、玻璃片进行亲水处理的方法示意图。
21.图4、表面电荷随着薄片厚度变化关系图。
22.图5、薄片厚度和低介电常数对富集平台的影响效果图。
23.图6、本发明的基于表面电荷的物质富集操作平台的作用原理图。
24.图7、本发明的物质富集操作平台用于zif-8纳米颗粒富集的效果图。
25.图8、本发明的物质富集操作平台用于血红蛋白富集的效果图。
26.图9、高压直流电源在铜箔上施加正电压条件下的效果图。
具体实施方式
27.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
28.如图1所示，本发明提供的基于表面电荷的用于液滴内物质富集的操作平台，其结构主要包括表面具有疏水或超双疏性能的薄片1和感应基底2。所述感应基底2的尺寸小于薄片1，薄片1覆盖在感应基底2上且与感应基底完全贴合并将感应基片完全覆盖。
29.所述薄片1优选为长方形，尺寸为60mm
×
24mm。所述感应基底2优选为1.5mm
×
1.5mm的正方形双面导电铜箔胶带。感应基底的主要特征在于材料电导率高，表面平整以达到与薄片的下表面尽可能贴合。
30.表面具有疏水性能的薄片1可以直接采用疏水高分子介电材料制成，也可以由玻璃片经过氟化处理得到。如图2所示，左图是由聚四氟乙烯ptee制成的表面具有疏水性能的薄片与感应基底构成的物质富集操作平台。右图是氟化处理玻璃片后得到的疏水玻璃片和感应基底构成的物质富集操作平台。
31.表面具有超双疏性能的薄片1由玻璃片作为基片先后经过亲水处理和疏水处理后得到。具体处理方法如下：以长方形的尺寸为60mm
×
24mm的玻璃片作为基片，将玻璃片在蜡烛中焰上往复烧制1分钟，使蜡烛灰均匀涂覆在玻璃片的一面；接着在真空玻璃干燥器中进行化学气相沉积通过stober反应生成sio2纳米颗粒，具体如下：如图3所示，分别将盛有2ml氨水和2ml硅酸四乙酯的容量为20ml的玻璃样品瓶放置于真空玻璃干燥器的底部两侧，将涂覆蜡烛灰的玻璃片置于干燥器的陶瓷架上，抽真空至氨水爆沸，保持24小时；取出后置于马弗炉中在600℃下煅烧2小时，煅烧至表面呈白色，得到亲水处理的玻璃片。然后将亲水处理的玻璃片进行等离子体清洗机处理15min，处理后将玻璃片放置于真空玻璃干燥器内的陶瓷架上，真空玻璃干燥器底部放置盛有200μl十二烷基三氯硅烷的20ml样品瓶，抽真空至0.1mpa，化学气相沉积反应时间为6小时，得到超双疏表面。
32.所述薄片1应具有厚度小(薄)且介电常数低的特征。从图4可以看到随着基底厚度的增加，表面电位随着厚度的增加急剧减小，表面电荷产生的电场强度下降，对液滴内物质的作用力也会减弱。从图5看到，具有低厚度或低介电常数的基底才可以产生足够大的表面电位使富集平台生效。
33.所述物质富集操作平台还可以设置外加直流高压电源，高压电源与感应基底连接。如图6所示，当对超双疏或疏水表面的感应区域进行充电时，可使用液滴撞击感应区域通过接触分离充电，也可以在感应区域接上电极，使用高压直流电源提供稳定电压。
34.图7是本发明的物质富集操作平台用于zif-8纳米颗粒富集的效果图。可以看到，在没有外加电场的存在下，相对于不带电的超双疏表面，带负电的超双疏表面上，由于zif-8纳米颗粒带有正电荷，在静电力的作用下，带负电的超双疏表面对zif-8纳米颗粒有明显的富集效果，zif-8的富集率高达86％。
35.图8是本发明的物质富集操作平台用于血红蛋白富集的效果图。图中显示，通过紫外-可见分光光度计分别测定带负电的超双疏表面上的正电性血红蛋白溶液上半部分与下半部分的浓度，可以看到，已充电的超双疏表面对更小尺寸的血红蛋白也有明显的富集效果。从外部引入的电源由于正负电压可调，可以达到相反的效果。图9是使用高压直流电源在铜箔上施加正电压条件下的效果图。可以看出，使用高压直流电源在铜箔上施加正电压，带正电的血红蛋白富集在液滴的上半部分，并且具有更明显的富集效果。
36.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。