一種制備液體橡皮泥的方法及橡皮泥成形方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備液體橡皮泥的方法及橡皮泥成形方法，利用正硅酸乙酯、無水乙醇、氨水、六甲基二硅胺烷配制的烷基化SiO2溶膠，通過浸漬提拉鍍膜的方法在培養(yǎng)皿等容器的底部與器壁上沉積多層弱結(jié)合力疏水SiO2納米顆粒，然后將適量水置于該容器中，根據(jù)水的體積采用傾斜或振蕩容器的方法使水與器壁發(fā)生撞擊，這可以導(dǎo)致器壁最外一層SiO2納米顆粒轉(zhuǎn)移到水的表面，并且在水的表面形成無法自由移動(dòng)的密堆積狀態(tài)，從而使水滴無法恢復(fù)到正常曲率，變成了形狀可塑的復(fù)雜液滴——液體橡皮泥。在此基礎(chǔ)上，通過切割、抽離、注水相結(jié)合的方法對(duì)液體橡皮泥進(jìn)行操作，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)其形狀的調(diào)控。本發(fā)明中所涉及的制備和調(diào)控液體橡皮泥形狀的方法適合構(gòu)造復(fù)雜形態(tài)的液體橡皮泥。
【專利說明】
一種制備液體橡皮泥的方法及橡皮泥成形方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于液滴形狀調(diào)控的領(lǐng)域，具體涉及一種制備液體橡皮泥的方法及橡皮泥成形方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]水滴在固體表面上的形狀總是趨近于正常球形的一部分。如果在水滴表面覆蓋一層疏水顆粒且使其形成堵塞態(tài)，則可以使水滴發(fā)生穩(wěn)定形變，進(jìn)而產(chǎn)生固體般的可塑性。這種復(fù)雜液滴被稱為“液體橡皮泥”，是2016年報(bào)導(dǎo)的新型軟物質(zhì)體系(Soft Matter，2016， 12,1655)，在微型容器領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值，例如可用于細(xì)胞的3D培養(yǎng)等。
[0003]液體橡皮泥的制備方法只有一種經(jīng)公開報(bào)導(dǎo)，8卩“干凝膠壓印法”。具體說來，是通過用兩個(gè)鍍了膜的玻璃片擠壓其間的水滴，使得薄膜上的顆粒轉(zhuǎn)移到水滴表面并發(fā)生堵塞，從而制備出液體橡皮泥。再通過拼接的方法可以獲得體積更大、形狀更為復(fù)雜的液體橡皮泥。然而這個(gè)方法在制備復(fù)雜形態(tài)液體橡皮泥時(shí)較為費(fèi)時(shí)費(fèi)力，結(jié)構(gòu)的精細(xì)控制也較難。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問題
[0005]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種制備液體橡皮泥的方法及橡皮泥成形方法，不以玻璃片為基底，而是以各種容器作基底，在其內(nèi)壁和底部鍍上弱結(jié)合力超疏水薄膜，通過讓大體積的水與器壁撞擊，實(shí)現(xiàn)顆粒的轉(zhuǎn)移和堵塞，從而獲得連續(xù)的大面積液體橡皮泥。再通過對(duì)其進(jìn)行切割等操作，獲得更為復(fù)雜且精細(xì)度高的液體橡皮泥。本發(fā)明中的方法簡(jiǎn)單易行，成本低廉。
[0006]技術(shù)方案
[0007]—種制備液體橡皮泥的方法，其特征在于步驟如下:
[0008]步驟1、制備烷基化Si02溶膠:
[0009]將無水乙醇EtOH與正硅酸乙酯TE0S在室溫下混合攪拌，再加入氨水NH3 ? H2〇混合攪拌15?40min，在室溫下靜置老化3?9天形成溶膠;所述氨水NH3 ? H20濃度為25% ;[0〇1〇]向溶膠中加入的六甲基二硅胺燒HMDS攪拌15?40min，然后靜置老化1?2天，得到烷基化Si02溶膠；
[0011]整個(gè)制備過程均對(duì)溶膠進(jìn)行密封；
[0012]所述參與反應(yīng)試劑的體積比為:
[0013]TE0S:Et0H:NH3 ? H2〇:HMDS=(3?7):50: (1.3?2.3): (0.72?5.52);
[0014]步驟2、制備液體橡皮泥:
[0015]將容器浸入烷基化Si02溶膠中2s?lOmin，通過浸漬提拉鍍膜法使容器內(nèi)表面均勻沉積多層弱結(jié)合力疏水Si〇2納米顆粒；
[0016]步驟3:將水加入容器內(nèi)，水量鋪平容器底部，晃動(dòng)容器使水振蕩，水在撞擊容器壁和回彈的過程中，水的表面積先增大再減小，導(dǎo)致容器壁表面上的弱結(jié)合力疏水Si02納米顆粒轉(zhuǎn)移到水的表面并發(fā)生堵塞，在水的表面形成具有一定剛性的薄膜，從而使水的表面無法恢復(fù)到正常曲率，并得到了固體般的可塑性的液體橡皮泥。
[0017]在步驟1中當(dāng)在室溫下靜置老化3?9天形成溶膠后，將載玻片浸入溶膠中，以4000 Mi/s的速度通過浸漬提拉鍍膜法提拉載玻片，使得溶膠載玻片上成膜;當(dāng)成膜厚度為100? 300nm時(shí)，向溶膠中加入六甲基二硅胺烷HMDS攪拌15?40min后靜置老化1?2天，得到烷基化Si02溶膠。
[0018]—種調(diào)控所述制備的液體橡皮泥形狀的方法，其特征在于:利用疏水性切割工具對(duì)水進(jìn)行操作，得到所構(gòu)造形狀的雛形，然后用吸水紙或移液管將多余的水抽離，最后通過滴管對(duì)形狀不完整的地方進(jìn)行注水，進(jìn)而構(gòu)造出具有所需的液體橡皮泥。
[0019]—種調(diào)控所述制備的液體橡皮泥形狀的方法，其特征在于:采用特定形狀的表面疏水的中空模具，將其鑲嵌在液體橡皮泥的中間區(qū)域。再利用疏水性工具切除模具邊緣的水，然后用吸水紙或移液管將多余的水抽離，最后通過滴管對(duì)形狀不完整的地方進(jìn)行注水， 進(jìn)而將液體橡皮泥構(gòu)造成所需形態(tài)。
[0020]有益效果
[0021]本發(fā)明提出的一種制備液體橡皮泥的方法及橡皮泥成形方法，利用正硅酸乙酯、 無水乙醇、氨水、六甲基二硅胺烷配制的烷基化Si〇2溶膠，通過浸漬提拉鍍膜的方法在培養(yǎng)皿等容器的底部與器壁上沉積多層弱結(jié)合力疏水Si02納米顆粒，然后將適量水置于該容器中，根據(jù)水的體積采用傾斜或振蕩容器的方法使水與器壁發(fā)生撞擊，這可以導(dǎo)致器壁最外一層Si02納米顆粒轉(zhuǎn)移到水的表面，并且在水的表面形成無法自由移動(dòng)的密堆積狀態(tài)，從而使水滴無法恢復(fù)到正常曲率，變成了形狀可塑的復(fù)雜液滴一一液體橡皮泥。在此基礎(chǔ)上， 通過切割、抽離、注水相結(jié)合的方法對(duì)液體橡皮泥進(jìn)行操作，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)其形狀的調(diào)控。
[0022]本發(fā)明通過撞擊的方法使水的表面覆蓋一層弱結(jié)合力疏水Si02納米顆粒，利用切割的方法調(diào)控液體橡皮泥的形狀。這對(duì)水相液體的形狀調(diào)控提供了更加簡(jiǎn)便的方法，并對(duì)制備各種形狀的水相微反應(yīng)器等提供了更為簡(jiǎn)易的手段?！靖綀D說明】[〇〇23]圖1是本發(fā)明中超疏水Si02溶膠配制的流程圖[〇〇24]圖2是本發(fā)明中利用分割法獲得“十”和“T”形水滴的過程[〇〇25](a):將適量水加入鍍有Si02超疏水納米顆粒的培養(yǎng)皿中并不停振蕩，使水的表面附著Si02超疏水納米顆粒；(b)?(h):用具有一定疏水性的塑料滴管對(duì)水滴進(jìn)行分割獲得“十”字形；(i):向已成型的液體橡皮泥注水調(diào)節(jié)其形態(tài)；(j)?(1):移動(dòng)水平臂進(jìn)一步調(diào)節(jié)其形態(tài)最終獲得“T”字形。標(biāo)尺均為2cm.
[0026]圖3是本發(fā)明中通過模具壓拓塑造特殊形狀液體橡皮泥的過程
[0027](a)?(d):特殊形狀液體橡皮泥的塑造過程；(e):液體橡皮泥與橡皮泥通過相同模具塑造的“蘋果”的對(duì)比。標(biāo)尺均為2cm.【具體實(shí)施方式】
[0028]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0029]實(shí)施例1
[0030]1、量取150ml無水乙醇(EtOH)與9?21ml正硅酸乙酯(TE0S)倒入燒杯中，在室溫下攪拌5?20min，使其混合均勻；再加入3.9?6.9ml濃度為25%的氨水(NH3 ? H20)攪拌10? 40min，然后在室溫下靜置老化3?9天;使載玻片浸入溶膠中，以4000wn/s的速度通過提拉鍍膜法提拉載玻片，當(dāng)溶膠可在載玻片上均勻成膜，且成膜較厚時(shí)(膜厚為150?350nm)，即可加入2.16?16.56ml的六甲基二硅胺烷(HMDS)攪拌10?40min，靜置老化1?2天，即得到烷基化Si02溶膠。整個(gè)制備過程均對(duì)溶膠密封避免無水乙醇蒸發(fā)。
[0031]其中所加試劑的體積比為:
[0032]TE0S:Et0H:NH3 ? H20:HMDS=(3?7):50: (1.3?2.3): (0.72?5.52).
[0033]2、薄膜鍍制:將潔凈的容器(如:玻璃培養(yǎng)皿、塑料培養(yǎng)皿、金屬容器)浸入烷基化 Si02溶膠中2s?lOmin，通過提拉鍍膜法使容器表面均勻沉積多層疏水Si02納米顆粒。
[0034]3、將適量水加入容器(恰好平鋪容器底部)，通過晃動(dòng)容器使水振蕩，水在撞擊容器壁和回彈的過程中，使水的表面積先增大再減小，導(dǎo)致容器壁表面上的弱結(jié)合力疏水 Si02納米顆粒轉(zhuǎn)移到水的表面并發(fā)生堵塞，整體上表現(xiàn)為具有一定剛性的薄膜，從而使水的表面無法恢復(fù)到正常曲率，并產(chǎn)生了固體般的可塑性液體橡皮泥。[〇〇35]4、再利用疏水性切割工具(如:聚苯乙烯塑料滴管)對(duì)水進(jìn)行操作，得到所構(gòu)造形狀的雛形，然后用吸水紙或移液管將多余的水抽離，最后通過滴管對(duì)形狀不完整的地方進(jìn)行注水，進(jìn)而將液體橡皮泥構(gòu)造成所需形態(tài)。通過移動(dòng)“十”字水滴形狀的水平臂進(jìn)一步調(diào)節(jié)其形態(tài)最終獲得“T”字形，如圖2所示。
[0036] 實(shí)施例2[〇〇37]1、量取150ml無水乙醇(EtOH)與9?21ml正硅酸乙酯(TE0S)倒入燒杯中，在室溫下攪拌5?20min，使其混合均勻；再加入3.9?6.9ml濃度為25%的氨水(NH3 ? H20)攪拌10? 40min，然后在室溫下靜置老化3?9天;使載玻片浸入溶膠中，以4000wn/s的速度通過提拉鍍膜法提拉載玻片，當(dāng)溶膠可在載玻片上均勻成膜，且成膜較厚時(shí)(膜厚為150?350nm)，即可加入2.16?16.56ml的六甲基二硅胺烷(HMDS)攪拌10?40min，靜置老化1?2天，即得到烷基化Si02溶膠。整個(gè)制備過程均對(duì)溶膠密封避免無水乙醇蒸發(fā)。[〇〇38]其中所加試劑的體積比為:
[0039]TE0S:Et0H:NH3 ? H20:HMDS=(3?7):50: (1.3?2.3): (0.72?5.52)。
[0040]2、薄膜鍍制:將潔凈的容器(如:玻璃培養(yǎng)皿、塑料培養(yǎng)皿、金屬容器)浸入烷基化 Si02溶膠中2s?lOmin，通過提拉鍍膜法使容器表面均勻沉積多層疏水Si02納米顆粒。
[0041]3、將適量水加入容器(恰好平鋪容器底部)，通過晃動(dòng)容器使水振蕩，水在撞擊容器壁和回彈的過程中，使水的表面積先增大再減小，導(dǎo)致容器壁表面上的弱結(jié)合力疏水 Si02納米顆粒轉(zhuǎn)移到水的表面并發(fā)生堵塞，整體上表現(xiàn)為具有一定剛性的薄膜，從而使水的表面無法恢復(fù)到正常曲率，并產(chǎn)生了固體般的可塑性液體橡皮泥。
[0042]4、采用特定形狀的表面疏水的中空模具，將其鑲嵌在液體橡皮泥的中間區(qū)域。再利用疏水性工具(如:聚苯乙烯塑料滴管)切除模具邊緣的水，然后用吸水紙或移液管將多余的水抽離，即得到模具所拓出的“蘋果”形狀，最后通過滴管對(duì)形狀不完整的地方抽離水或注水進(jìn)行修復(fù)構(gòu)造出完整的特殊形狀的液體橡皮泥，如圖3所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備液體橡皮泥的方法，其特征在于步驟如下:步驟1、制備烷基化Si02溶膠:將無水乙醇EtOH與正硅酸乙酯TEOS在室溫下混合攪拌，再加入氨水NH3 ? H20混合攪拌 15?40min，在室溫下靜置老化3?9天形成溶膠;所述氨水NH3 ? H20濃度為25% ;向溶膠中加入的六甲基二硅胺烷HMDS攪拌15?40min，然后靜置老化1?2天，得到烷基 化Si02溶膠；整個(gè)制備過程均對(duì)溶膠進(jìn)行密封；所述參與反應(yīng)試劑的體積比為:TE0S:Et0H:NH3.H20:HMDS=(3?7):50:(1.3?2.3):(0.72?5.52);步驟2、制備液體橡皮泥:將容器浸入烷基化Si02溶膠中2s?lOmin，通過浸漬提拉鍍膜法使容器內(nèi)表面均勻沉積 多層弱結(jié)合力疏水Si〇2納米顆粒；步驟3:將水加入容器內(nèi)，水量鋪平容器底部，晃動(dòng)容器使水振蕩，水在撞擊容器壁和回 彈的過程中，水的表面積先增大再減小，導(dǎo)致容器壁表面上的弱結(jié)合力疏水Si02納米顆粒 轉(zhuǎn)移到水的表面并發(fā)生堵塞，在水的表面形成具有一定剛性的薄膜，從而使水的表面無法 恢復(fù)到正常曲率，并得到了固體般的可塑性的液體橡皮泥。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備液體橡皮泥的方法，其特征在于:在步驟1中當(dāng)在室溫下靜 置老化3?9天形成溶膠后，將載玻片浸入溶膠中，以4000WH/S的速度通過浸漬提拉鍍膜法 提拉載玻片，使得溶膠載玻片上成膜;當(dāng)成膜厚度為100?300nm時(shí)，向溶膠中加入六甲基二 硅胺烷HMDS攪拌15?40min后靜置老化1?2天，得到烷基化Si02溶膠。3.—種調(diào)控權(quán)利要求1所述制備的液體橡皮泥形狀的方法，其特征在于:利用疏水性切 割工具對(duì)水進(jìn)行操作，得到所構(gòu)造形狀的雛形，然后用吸水紙或移液管將多余的水抽離，最 后通過滴管對(duì)形狀不完整的地方進(jìn)行注水，進(jìn)而構(gòu)造出具有所需的液體橡皮泥。4.一種調(diào)控權(quán)利要求1所述制備的液體橡皮泥形狀的方法，其特征在于:采用特定形狀 的表面疏水的中空模具，將其鑲嵌在液體橡皮泥的中間區(qū)域。再利用疏水性工具切除模具 邊緣的水，然后用吸水紙或移液管將多余的水抽離，最后通過滴管對(duì)形狀不完整的地方進(jìn) 行注水，進(jìn)而將液體橡皮泥構(gòu)造成所需形態(tài)。
【文檔編號(hào)】A63H33/00GK105967537SQ201610296982
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】李曉光, 王森浩, 臧渡洋, 耿興國(guó)
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)