CN109231151A - 一种用于制作纳米粒子自组装结构的装置及应用 - Google Patents

一种用于制作纳米粒子自组装结构的装置及应用 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种用于制作纳米粒子自组装结构的装置及应用，包括：一平面基底；一柔性模板；其底部贴合设置于所述平面基底的上表面；且所述柔性模板的与所述玻璃基底贴合的底部设置有与外界相通的、用于使得外界的纳米粒子溶液流入的微通道。由上，本申请可以实现对纳米粒子自组装位置的精准控制，且简单易操作。

Description

一种用于制作纳米粒子自组装结构的装置及应用
技术领域
本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种用于制作纳米粒子自组装结构的装置及应用。
背景技术
纳米粒子(例如金纳米棒)对周围介质的吸附十分敏感，吸附在其界面的物质会引起其表面等离子共振频率的变化，具体表现为光吸收和表面增强拉曼光谱等光信号的变化，因此将纳米粒子作为一种传感元件构建传感器可以实现对分子的无标记高灵敏度检测。目前已经可以实现利用纳米粒子对分子进行无标记检测，但是这种检测大多是在溶液环境下进行的，而在溶液状态下纳米粒子容易受外界离子浓度影响发生聚沉无法广泛用于传感，而后人们发现将金纳米粒子组装在基底上可以有效避免聚沉带来的影响，同时还发现规则排列的纳米粒子三维结构能大幅度提高检测灵敏度。
常用的将纳米粒子组装在基底上的方法是溶剂蒸发法，溶剂蒸发法是将胶体纳米粒子溶液滴在固体基底上，等溶剂蒸发完成后纳米粒子组装在基底上。虽然溶剂蒸发法容易实施，但是直接在基底上进行溶剂蒸发无法准确控制纳米粒子自组装的方向和位置。
因此，目前亟需一种用于制作纳米粒子自组装结构的装置，以实现准确控制纳米粒子自组装的方向和位置。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供了一种用于制作纳米粒子自组装结构的装置及应用，以实现对纳米粒子自组装位置的精确控制。
本申请提供一种用于制作纳米粒子自组装结构的装置，其特征在于，包括：
一平面基底；
一柔性模板；其底部贴合设置于所述平面基底的上表面；且所述柔性模板的与所述平面基底贴合的底部设置有与外界相通的、用于使得外界的纳米粒子溶液流入的微通道。
由上，本申请在平面基底上覆盖柔性模板，在毛细力的作用下，纳米粒子溶液会流入模板内的微通道中，使纳米粒子按照模板内的微通道的结构进行自组装，从而固定了金纳米棒在基底上的位置，实现了对纳米粒子自组装位置的精确控制。且本申请基于上述微通道，可以生成结构均一的纳米粒子自组装结构，克服了现有技术中的直接在基底上进行溶剂蒸发时，由于“咖啡环”效应的影响导致组装的纳米粒子结构不均一，进而影响纳米粒子对分子检测的灵敏度的缺陷。
优选地，所述装置，还包括：
温度湿度控制器，用于控制所述微通道区域环境的温度和湿度。
由上，本申请通过设置温度湿度控制器控制微通道区域环境的温度湿度以适宜所述纳米粒子溶液的蒸发，以更有利于纳米粒子的自组装。
优选地，所述微通道的结构为：端部与外界相通的沟道型结构。
由上，本申请的微通道的结构可以根据需要进行尺寸和形状的改变，微通道为端部与外界相通沟道型结构，可以使得滴加至所述端部的纳米粒子溶液在毛细力的作用下，通过端部流入模板内的沟道型结构中。
优选地，所述沟道型结构为：端部与外界相通的贯穿所述柔性模板底部的单条或多条平行间隔的沟道型结构。
由上，通过上述沟道型结构，可以获取单条或者多条平行间隔的纳米粒子自组装结构。
优选地，所述微通道的宽度为至少包括但不限于以下其一：2.5μm、3μm、5μm；
所述微通道之间的间距为至少包括但不限于以下其一：5μm、7μm、10μm。
由上，微通道可以是宽度一致的任意上述宽度的多条沟道型结构，也可以是根据需要设置的不同宽度的多条沟道型结构，上述微通道的宽度和间隔尺寸是一种能够适宜纳米粒子溶液流入并在其中的组装的较合适的尺寸，其他的任意合适的尺寸也都在本申请的保护范围之内。
优选地，所述平面基底为：
普通平面玻璃片、石英平面玻璃、透明导电平面玻璃、镀膜平面玻璃或平面硅材料。
由上，所述基底为不限于上面的平面基底，其他任何材料的平面结构都在本申请的保护范围。
优选地，所述柔性模板为聚二甲基硅氧烷PDMS模板或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA模板。
由上，所述柔性模板不限于上述模板，其他的能够蚀刻出具有毛细力的微流道的柔性模板都在本申请的保护范围。
优选地，所述柔性模板底部的微通道的设置为通过软刻蚀方式处理设置。
由上，模板底部通过软刻蚀的处理可以获取微米、纳米微等极小尺寸的凹陷的微通道。有利于使得纳米粒子溶液在上述微通道的毛细力的作用下流入至所述微通道中，并在其内自组装。
本申请还提供一种纳米粒子自组装结构的制作方法，基于上述的装置，包括：
将纳米粒子溶液滴至所述微通道的端部，以使所述纳米粒子溶液受到所述柔性模板的微通道的毛细力的作用下，流入至所述微通道中，并在所述微通道中进行自组装，形成规则的三维超晶体结构。
由上，本申请实现了对纳米粒子自组装位置的精确控制。
优选地，所述方法，还包括：
通过控制所述微通道区域环境的温度和湿度，以获取所需的不同形态的纳米粒子自组装结构。
待所述纳米粒子溶液挥发完成后，将所述柔性模板去除，以获取固定在平面基底上的纳米粒子自组装规则化的结构。
由上，本申请通过设置温度湿度控制器控制微通道区域环境的温度湿度以适宜所述纳米粒子溶液的蒸发，以更有利于纳米粒子的自组装。待所述纳米粒子溶液挥发完成后，所述将所述柔性模板去除，便获取得到了固定在平面基底上的微米粒子自组装后的规则的三维超晶体结构。
综上所述，本申请提供的用于制作纳米粒子自组装结构的装置及基于该装置的制作纳米粒子自组装结构的方法可以实现对纳米粒子自组装位置的精确控制，且可以根据需要生成指定尺寸、大小均一的纳米粒子自组装后的规则的三维超晶体结构。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的用于制作纳米粒子自组装结构的装置的结构的主视图；
图2为本发明实施例的用于制作纳米粒子自组装结构的装置的结构的平面基底和柔性模板的接触部分的放大示意图；
图3为本发明实施例的纳米粒子在本申请的用于制作纳米粒子自组装结构的装置中完成自组装后的微阵列的俯视图；
图4为本发明实施例的一种纳米粒子自组装结构的制作方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的区间。
实施例一
如图1、2所示，本发明提供一种用于制作纳米粒子自组装结构的装置，包括：
一平面基底110；其中，所述平面基底为：普通平面玻璃片、石英平面玻璃、透明导电平面玻璃、镀膜平面玻璃或平面硅材料。由此，所述基底为不限于上面的平面基底，其他任何材料的平面结构都在本申请的保护范围。
一柔性模板120；其底部贴合设置于所述平面基底的上表面；且所述柔性模板的与所述平面基底贴合的底部设置有与外界相通的、用于使得外界的纳米粒子溶液130流入的微通道121。其中，所述柔性模板底部的微通道为通过软刻蚀方式获取。模板底部通过软刻蚀的处理可以获取微米、纳米微等极小尺寸的凹陷的微通道。微通道具有毛细力的作用，有利于使得纳米粒子溶液在上述微通道的毛细力的作用下流入至所述微通道中，并在其内自组装。
所述柔性模板120为聚二甲基硅氧烷PDMS模板或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA模板。但不限于上述模板，其他的能够蚀刻出具有毛细力的微流道的柔性模板都在本申请的保护范围。
具体的，如图1所示，所述微通道121的结构为：端部与外界相通的沟道型结构。具体为：端部与外界相通的贯穿所述柔性模板底部的单条或多条平行间隔的沟道型结构。由此，本申请的微通道的结构可以根据需要进行尺寸和形状的改变，微通道为端部与外界相通沟道型结构，可以使得滴加至所述端部的纳米粒子溶液在毛细力的作用下，通过端部流入模板内的沟道型结构中。
其中，所述微通道的宽度为2.5μm；所述微通道之间的间距为5μm。由此，上述微通道的尺寸是一种能够适宜纳米粒子溶液流入并在其中的组装的较合适的尺寸(所述微通道的宽度还可以是3μm或者5μm，或者是其他需要的尺寸，所述微通道之间的间距还可以是7μm、10μm，或者是其他需要的尺寸)。如图3所示，其中122为去掉柔性模板后，留在基底上的纳米粒子自组装后的结构。
其中，本申请的装置，还包括：温度湿度控制器(图中未示出)，用于控制所述微通道区域环境的温度和湿度。由此，本申请通过设置温度湿度控制器控制微通道区域环境的温度湿度以适宜所述纳米粒子溶液的蒸发，以更有利于纳米粒子的自组装。
综上，本申请在平面基底上覆盖柔性模板，在毛细力的作用下，纳米粒子溶液会流入模板内的微通道中，使纳米粒子按照模板内的微通道的结构进行自组装，从而固定了金纳米棒在基底上的位置，实现了对纳米粒子自组装位置的精确控制。且本申请基于上述微通道，可以根据需要生成指定尺寸、位置确定大小均一的纳米粒子自组装结构，克服了现有技术中的由于“咖啡环”效应的影响导致组装的纳米粒子结构不均一，进而影响纳米粒子对分子检测的灵敏度的缺陷。(“咖啡环”效应：蒸发过程中，水的接触角会一直保持不变，半径变小；而溶液的边缘会一直固着在接触线上，半径不变，接触角变小。溶液中要维持液滴的面积不变，就会产生一个从中心向外的流动，这个流动将溶液中溶质带到接触线上并沉积下来，最终形成了环状沉积物。这就是在“咖啡环效应”)。
实施例二
本申请还提供一种纳米粒子自组装结构的制作方法，基于实施例一中的用于制作纳米粒子自组装结构的装置，本发明提供一种纳米粒子自组装结构的制作方法，包括：
S401，将纳米粒子溶液滴至所述微通道的端部(其中，微通道的形状和尺寸是可以根据需要改变的)，以使所述纳米粒子溶液受到所述柔性模板的微通道的毛细力的作用下，流入至所述微通道中，并在所述微通道中进行自组装，形成规则的三维超晶体结构。
S402，通过控制环境的温度与湿度，以获取均一的组装效果(使金纳米棒之间排列的更规则，而非生成随机的散乱的结构)。
S403，经过一指定时间，待所述纳米粒子溶液挥发完成后，所述将所述柔性模板去除，以获取固定在平面基底上的纳米粒子自组装规则化的三维结构。
综上所述，本申请提供的用于制作纳米粒子自组装结构的装置及基于该装置的制作纳米粒子自组装结构的方法可以实现对纳米粒子自组装位置的精确控制，且可以根据需要生成指定尺寸、大小均一的纳米粒子自组装后的规则的三维超晶体结构(通过改变微通道的形状和尺寸)。且本申请通过设置温度湿度控制器控制微通道区域环境的温度湿度以适宜所述纳米粒子溶液的蒸发，以更有利于纳米粒子的自组装(以获取均一的组装效果，使金纳米棒之间排列的更规则)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于制作纳米粒子自组装结构的装置，其特征在于，包括：
一平面基底；
一柔性模板；其底部贴合设置于所述平面基底的上表面；且所述柔性模板的与所述平面基底贴合的底部设置有与外界相通的、用于使得外界的纳米粒子溶液流入的微通道。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
温度湿度控制器，用于控制所述微通道区域环境的温度和湿度。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微通道结构为：端部与外界相通的沟道型结构。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述沟道型结构为：端部与外界相通的贯穿所述柔性模板底部的单条或多条平行间隔的沟道型结构。
5.根据权利要求4所示的装置，其特征在于，所述微通道的宽度为至少包括但不限于以下其一：2.5μm、3μm、5μm；
所述微通道之间的间距为至少包括但不限于以下其一：5μm、7μm、10μm。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述平面基底为：
普通平面玻璃片、石英平面玻璃、透明导电平面玻璃、镀膜平面玻璃或平面硅材料。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述柔性模板为聚二甲基硅氧烷PDMS模板或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA模板。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述柔性模板底部的微通道的设置为通过软刻蚀方式处理设置。
9.一种纳米粒子自组装结构的制作方法，基于权利要求1-7任一项所述装置，其特征在于，包括：
将纳米粒子溶液滴至所述微通道的端部，以使所述纳米粒子溶液受到所述柔性模板的微通道的毛细力的作用下，流入至所述微通道中，并在所述微通道中进行自组装，形成规则的三维超晶体结构。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：
通过控制所述微通道区域环境的温度和湿度，以获取所需的不同形态的纳米粒子自组装结构；
经过一指定时间，待所述纳米粒子溶液挥发完成后，将所述柔性模板去除，以获取固定在平面基底上的纳米粒子自组装规则化的三维结构。
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