CN115245796B - 一种制备微纳米尺度的全液相流体通道的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过抑制Plateau‑Rayleigh不稳定制备微纳米尺度的全液相流体通道的方法，属于结构化液体技术领域。本发明制备方法包括：(1)将端基化的聚合物表面活性剂溶于油相，将纳米粒子分散于水相；(2)将所述水相固定于基底与针头之间形成液桥；(3)加入所述油相浸没液桥，所述纳米粒子与所述端基化的聚合物表面活性剂能够在油水界面发生静电相互作用，使得液桥界面上形成纳米粒子‑聚合物界面组装网络；(4)准静态拉伸液桥，即可得到微纳米尺度的全液相流体通道。本发明突破了现有的结构化液体全液相流体通道的尺寸极限，打破了传统全液相流体通道应用场景的严苛限制。在全液相流体传质领域具有重要的应用前景。

Description

一种制备微纳米尺度的全液相流体通道的方法
技术领域
本发明属于结构化液体领域，具体涉及一种通过抑制Plateau-Rayleigh不稳定制备微纳米尺度的全液相流体通道的方法。
背景技术
从河流到毛细血管，从自然到工业，流体通道通过能量的定向传递和物质的有序输送保证了正常的生态循环和生命运行。流体结构的稳定性通常取决于固相受限环境，如河床和管道。然而，更具体的环境，如在全液相体系中，即一种流体在另外一种非互溶相中的流体通道结构塑造。因其不允许固相的参与的特殊性，在脱离固相受限环境后，全液相流体通道的空间秩序会因Plateau-Rayleigh不稳定而被打破。并且，由于Laplace压差的影响，对于尺寸越小的全液相流体通道，其发生Plateau-Rayleigh不稳定流体破裂的时间尺度越小，即
Figure BDA0003729915870000011
其中，τ为流体破裂的时间尺度，α(P)为压力系数，r为流体柱半径，ηe为外相粘度，γOW为油水间界面张力。流体结构因液体分子的松散排列与表面张力等因素的影响而难以精确调控。目前所构建的全液相流体通道尺寸仍然在宏观尺度上，这限制了其在能量传递和质量传输领域的应用潜力。
这里，纳米粒子-聚合物界面组装体系为解决这一问题提供了思路。纳米粒子与聚合物配体通过静电相互作用在液/液界面协同组装，一方面能够有效的降低两相间的界面张力，另一方面，纳米粒子为液相界面提供了优异的力学性能。其界面剪切模量的提升足以抵抗表面张力带来的界面回缩，抑制Plateau-Rayleigh不稳定。这里用界面剪切模量定量这一过程，即
Figure BDA0003729915870000021
其中
Figure BDA0003729915870000022
为界面剪切模量，
Figure BDA0003729915870000023
为界面粒子面堆积密度，
Figure BDA0003729915870000024
为流体柱破裂的临界界面粒子面堆积密度，β为修正项。
这里给出粒子堆积的时间尺度，即
τα＝(kaC0η)-1
其中，τα为粒子迁移的时间尺度，ka为速率常熟，C0为体相粒子的浓度，η为修正项。
当在流体结构破裂前界面上粒子的面堆积密度
Figure BDA0003729915870000025
大于临界界面粒子面堆积密度
Figure BDA0003729915870000026
时，整个流体结构将被稳定，即
τ＞τα
Shi等利用射流模型与纳米粒子-聚合物界面组装体系相结合在低粘度的甲苯相中构建全液相的流体通道(Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,12594)，以棒状纤维素纳米晶体为基础形成的纳米粒子表面活性剂，可在液/液界面快速组装。当发生界面阻塞相变时，纳米粒子表面活性剂组装网络为界面带来优异的机械性能，含有纤维素纳米晶体的水溶液自由下落射流进入氨基功能化的聚苯乙烯甲苯溶液中，其Plateau-Rayleigh不稳定被完全抑制。形成稳定的全液相流体通道结构。但由于其外相甲苯相的粘度较低，流体破裂的时间尺度τ很小，想要在纳米粒子界面组装完成前延缓流体的破裂只能提高流体的尺寸，所以用此方法形成的全液相流体通道的尺寸普遍在毫米级或几百微米，无法制备更小尺度的全液相流体通道。
Xie等利用3D打印技术与弹性聚阴离子-聚阳离子凝聚膜相结合制备了稳定三维水/水结构(Chem 2019,5,5688)，通过调控凝聚膜的机械性能与功能性实现全液相流体通道的广泛应用。其利用聚阴离子-聚阳离子静电相互作用代替纳米粒子与聚合物配体的静电相互作用使界面组装速率τα显著性的提升，但由于外相环境的粘度较小，流体破裂的速度较快，其形成的全液相流体通道的尺寸普遍在100μm这一尺度范围。
Forth等利用3D打印技术与纳米粒子-聚合物界面组装体系相结合在高粘度的硅油中构建出了各种直径的(10-1000μm)全液相流体通道(Adv.Mater.2018,30,e1707608)，其通道长度可达数米。高粘度的硅油是流体破裂的时间尺度大幅度τ的延长。但此种方法构建的全液相流体通道严重依赖其高粘度的外界环境，且所构建出的全液相流体通道的尺寸极限只达到10μm。
综上，目前对于全液相流体通道的研究还处于起步阶段，构建方式普遍将射流模型与纳米粒子-聚合物组装体系相结合，所构建的全液相流体通道的尺寸较大、需要满足复杂、苛刻的动力学条件、适用环境受到构建方法的限制，且一般需要较复杂的仪器设备(3D打印设施)，实验操作复杂。因此研究一种动力学条件宽松、操作简单、结构稳定且尺寸可控的全液相流体通道具有重要的实际意义。
发明内容
本发明突破了目前现有的所构建的全液相流体通道的尺寸极限，规避了构建过程中复杂的流体动力学和化学界面组装动力学调控，在更普适的应用场景中(无论是高粘度外相或低粘度外相)以简单的技术手段实现了结构稳定的微纳米尺度的全液相流体的构建。本发明的目的在于提供一种简单有效的通过抑制Plateau-Rayleigh不稳定制备结构稳定且尺寸可控的微纳米尺度全液相流体通道。
根据本发明第一方面，提供了一种通过抑制Plateau-Rayleigh不稳定制备微纳米尺度的全液相流体通道的方法，包括以下步骤：
(1)将端基化的聚合物表面活性剂溶于油相，将纳米粒子分散于水相；
(2)将步骤(1)得到的分散有纳米粒子的水相点滴于亲水基底上，并将针头悬垂的分散有纳米粒子的水相液滴与亲水基底上的液滴接触，使两液滴相连成一段液桥；
(3)将步骤(1)得到的溶有端基化的聚合物表面活性剂的油相加入到亲水基底中浸没液桥，所述纳米粒子与所述端基化的聚合物表面活性剂能够在油水界面发生静电相互作用，使得液桥界面上形成纳米粒子-聚合物界面组装网络；
(4)将所述液桥进行准静态拉伸，当液桥细颈直径达到微纳米级别，即得到微纳米尺度的全液相流体通道。
优选地，步骤(4)中准静态拉伸的拉伸过程中，使液桥界面状态始终处于阻塞相变状态，并使液桥处于亚稳态。
优选地，步骤(4)中所述微纳米尺度的全液相流体通道的尺寸由液桥体系电阻求得，其液桥体系电阻与液桥尺寸的关系式为：lg R＝klg r+b，其中R为液桥体系电阻，单位为Ω，r为液桥细颈半径，单位为μm，k为斜率，b为液桥细颈的半径为1μm时液桥体系的电阻值。
优选地，所述端基化的聚合物表面活性剂为氨基化聚合物或聚乙烯基吡啶类聚合物。
优选地，所述氨基化聚合物为单氨基聚二甲基硅氧烷、双氨基聚二甲基硅氧烷和五氨基聚二甲基硅氧烷中的至少一种；所述聚乙烯基吡啶类聚合物为聚苯乙烯-聚(2-乙烯基吡啶)。
优选地，所述纳米粒子为多金属氧酸盐纳米粒子、羧基化二氧化硅纳米粒子和磺酸化纤维素纳米晶中的至少一种。
优选地，所述油相为甲苯、氯仿或二氯甲烷。
优选地，所述亲水基底为玻璃比色皿、石英比色皿或金属电极。
优选地，所述油相中端基化的聚合物表面活性剂的浓度为0.1mg/mL-0.5mg/mL，所述水相中纳米粒子的浓度为0.1mg/mL-0.5mg/mL。
根据本发明另一方面，提供了任一所述方法制备得到的微纳米尺度的全液相流体通道。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
(1)本发明利用液桥准静态拉伸模型代替传统的射流模型与纳米粒子-聚合物界面组装体系相结合，纳米粒子与聚合物配体通过静电相互作用在油水界面协同组装，形成的纳米粒子-聚合物界面组装网络赋予界面足够的力学性能以抑制Plateau-Rayleigh不稳定，而准静态拉伸过程不需要严格调控流体动力学速度与化学界面组装速率之间的平衡，准静态拉伸过程保证了构建过程中液桥的界面状态始终处于亚稳态，流体的破裂的时间尺度趋近于无穷，其粒子界面组装的时间尺度远小于流体的破裂的时间尺度。摆脱了动力学条件的束缚。并因此突破了目前现有的构建全液相流体通道的尺寸极限(D＝10μm)构建了全新的微纳米尺度的全液相流体通道(D＝800nm)。
(2)本发明所适用的应用场景更加普遍，准静态拉伸过程保证整体流体结构得以稳定，不需要高粘度的外相环境的辅助支撑，在低粘度的甲苯相中同样能够实现微纳米尺度的全液相流体通道的构建。同时对比传统的3D打印射流模型构建全液相的流体通道，本发明无需复杂的3D打印设备。
(3)本发明选择通过测定体系的电阻变化以确定全液相流体通道的尺寸，在微纳米尺度下，接近光学显微镜的衍射极限，成像模糊，而对于全液相体系中，难以使扫描电子显微镜对其进行原位尺寸表征，本发明确定了体系电阻与流体通道尺寸之间存在良好的对数线性关系，并给出了二者的关系式，即：lg R＝klg r+b，其中R为液桥体系电阻，单位为Ω，r为液桥细颈半径，单位为μm，k为斜率，b为液桥细颈的半径为1μm时液桥体系的电阻值。通过对体系电阻的测量可以准确的推算出全液相流体通道的尺寸。
附图说明
图1为{Mo72V30}(0.1mg mL-1)浸没于含PDMS-NH2(0.01mg mL-1)甲苯溶液中的水分散相液滴的动态界面张力曲线。
图2为当纳米粒子-聚合物界面组装体系在界面处组装形成时，观察到自褶皱行为。
图3为当体系存在纳米粒子-聚合物界面组装体系时全液相流体通道对称断裂动力学截面图。
图4为体系电阻与全液相流体通道尺寸关系图。
图5为当体系没有纳米粒子-聚合物界面组装体系时(water：{Mo72V30}(0.1mg mL-1)/oil：纯甲苯)全液相流体通道对称断裂动力学截面图。
图6为当体系没有纳米粒子-聚合物界面组装体系时(water：纯水/oil：纯甲苯)全液相流体通道对称断裂动力学截面图。
图7为当体系没有纳米粒子-聚合物界面组装体系时(water：纯水/oil：PDMS-NH2(0.1mg mL-1)甲苯溶液)全液相流体通道对称断裂动力学截面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明将液桥的准静态拉伸与纳米粒子-聚合物界面组装相结合，将纳米粒子水溶液固定在基底与针头之间形成液桥；再加入溶有端基功能化的聚合物配体油相浸没水相，纳米粒子与端基功能化的聚合物配体因静电相互作用在油水界面快速组装，拉伸液桥，液桥的排水过程完全取决于针头的回缩。基底和针头是亲水的，以确保在针头回缩期间三相接触线被固定到界面上，在发生Plateau-Rayleigh不稳定之前界面力有效地限制了液桥结构的稳定性，当到达Plateau-Rayleigh不稳定极限时，暂停拉伸，留出足够的时间使纳米粒子-聚合物界面组装网络在界面处组装，直到达到最大表面堆积密度
Figure BDA0003729915870000061
界面发生阻塞相变使界面剪切模量
Figure BDA0003729915870000062
足以抑制Plateau-Rayleigh不稳定。然后将针头缩回一段距离dL，液桥中心会裸漏出新的油水界面，导致粒子面堆积密度下降，只需控制回缩距离使
Figure BDA0003729915870000071
使体系仍处于亚稳定状态。而后等待纳米粒子-聚合物界面组装网络在新界面上组装完全，粒子的面堆积密度
Figure BDA0003729915870000072
达到最大面堆积密度
Figure BDA0003729915870000073
即可再次回缩针头。循环往复，即可得到纳米尺度的全液相流体通道。
按照本发明的目的，提供了一种通过抑制Plateau-Rayleigh不稳定制备结构稳定且尺寸可控的微纳米尺度的全液相流体通道的方法，包括以下步骤：
(1)将端基功能化的聚合物表面活性剂溶于油相，将具有互补官能团的纳米粒子分散于水相，所述具有互补官能团的纳米粒子与所述端基功能化的聚合物表面活性剂能够在油水界面发生静电相互作用；
(2)将所述水相固定于基底与针头之间形成液桥；
(3)加入所述油相浸没液桥，液桥界面上形成纳米粒子-聚合物界面组装网络；
(4)准静态拉伸液桥，即可得到微纳米尺度的全液相流体通道。
一些实施例中，步骤(1)中所述端基功能化的聚合物表面活性剂溶解是利用漩涡混合仪实现的，步骤(1)中所述具有互补官能团的纳米粒子溶解是利用漩涡混合仪实现的。
一些实施例中，步骤(4)中所述微纳米尺度的全液相流体通道，其通过调控聚合物表面活性剂和纳米粒子的浓度与聚合物表面活性剂的拓扑结构实现流体通道的尺寸可控。
作为优选，所述端基功能化的聚合物表面活性剂为氨基化聚合物或聚乙烯基吡啶类聚合物，优选的，所述端基功能化的聚合物表面活性剂为单氨基聚二甲基硅氧烷(PDMS-NH2)、双氨基聚二甲基硅氧烷(PDMS-2NH2)、五氨基聚二甲基硅氧烷(PDMS-5NH2)、聚苯乙烯-聚(2-乙烯基吡啶)(PS-b-PVP)中的任意一种。
作为优选，所述具有互补官能团的纳米粒子为多金属氧酸盐{Mo72V30}、羧基化二氧化硅(SiO2-COOH)、磺酸化纤维素纳米晶(CNC-OHSO3)中任意一种。
作为优选，所述油相为不与水互溶的有机溶剂中的任意一种，优选的，所述有机溶剂为甲苯、氯仿、二氯甲烷中的任意一种。
作为优选，所选基底为玻璃比色皿、石英比色皿、金属电极的任意一种。
作为优选，步骤(1)中所述端基功能化的聚合物表面活性剂溶解是利用漩涡混合仪实现的。
作为优选，步骤(1)中所述具有互补官能团的纳米粒子溶解是利用漩涡混合仪实现的。
作为优选，步骤(4)中所述微纳米尺度的全液相流体通道，其通过调控聚合物表面活性剂和纳米粒子的浓度与聚合物表面活性剂的拓扑结构实现流体通道的尺寸可控。
作为优选，步骤(4)中所述准静态拉伸液桥，其拉伸过程保证液桥界面状态始终处于，
Figure BDA0003729915870000081
即发生阻塞相变，液桥处于亚稳态，其中Ca为毛细数，ηe为油相粘度，单位为cSt，νe为拉伸剪切速率，单位为mm s-1，ν0w为油水间界面张力，单位为mN m-1，τ为液桥断裂的时间尺度，单位为s。
作为优选，步骤(4)中所述微纳米尺度的全液相流体通道的尺寸表征由体系的电阻求得，其体系电阻与液桥尺寸的关系式为：
lg R＝k lg r+b，k＝f(α，σ，...)
其中R为液桥体系电阻，单位为Ω，r为液桥细颈半径，单位为μm，k为斜率，b为液桥细颈的半径为1μm时液桥体系的电阻值，α为形貌因子，σ为水相电导率。其中斜k与液桥的形貌α与水相的电导率α相关。
本发明的单氨基聚二甲基硅氧烷(PDMS-NH2)、双氨基聚二甲基硅氧烷(PDMS-2NH2)、五氨基聚二甲基硅氧烷(PDMS-5NH2)、聚苯乙烯-聚(2-乙烯基吡啶)(PS-b-P2VP)、羧基化二氧化硅(SiO2-COOH)、磺酸化纤维素纳米晶(CNC-OHSO3)、氯化铷(Rbcl)均于市场购买。多金属氧酸盐{Mo72V30}由实验制备，制备方式如下，将35mL VOSO4·5H2O(2.53g,10mmol，H2O)水溶液加入到8mL Na2MoO4·2H2O(2.42g,10mmol，0.5M H2SO4)硫酸溶液的锥形瓶中，搅拌溶液中，得到的深紫色混合物在室温下搅拌30分钟(用橡胶塞封住烧瓶)，然后加入Kcl(0.65g,8.72mmol)。搅拌30分钟后，溶液储存在用橡胶塞封闭的烧瓶中。放置5天，过滤收集紫黑色菱形晶体，用冷水洗涤，晾干，即得多金属氧酸盐{Mo72V30}。其中硫酸氧钒(VOSO4·5H2O)、钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)、氯化钾(Kcl)均于市场购买。
实施例1
(1)称取2mg多金属氧酸盐{Mo72V30}于装有20mL去离子水的试剂瓶中，利用漩涡混合仪，在转速800转/分的条件下，搅拌混合5分钟，得到的溶液为0.1mg/mL的{Mo72V30}水分散液。
(2)称取2mg单氨基聚二甲基硅氧烷(PDMS-NH2)于装有20mL甲苯的试剂瓶中，利用漩涡混合仪，在转速800转/分的条件下，搅拌混合5分钟，得到的溶液为0.1mg/mL的PDMS-NH2甲苯溶液。
(3)将去离子水置于纯甲苯相中，利用界面粘弹测量仪测试两相间界面张力。
(4)将步骤(1)中配得的水相溶液置于纯甲苯相中，利用界面粘弹测量仪测试两相间界面张力。
(5)将去离子水置于步骤(2)所配得的PDMS-NH2甲苯溶液中，利用界面粘弹测量仪测试两相间界面张力。
(6)将步骤(1)中配得的水相溶液置于步骤(2)所配得的PDMS-NH2甲苯溶液中，利用界面粘弹测量仪测试两相间界面张力。
界面张力如图1所示，对比于纯水/纯甲苯体系，{Mo72V30}并不具备界面活性，，其中{Mo72V30}(0.1mg mL-1)水溶液在甲苯中的界面张力与纯水在甲苯中的界面张力相同，γ＝34mN m-1。PDMS-NH2在甲苯(0.01mg mL-1)中溶解，γ＝28mN m-1，其在甲苯/水界面上起表面活性剂的作用。{Mo72V30}水溶液(0.1mg ml-1)在PDMS-NH2(0.01mg mL-1)的甲苯中，γ＝18mN m-1，界面能迅速显著降低，表明界面上有纳米粒子-聚合物界面组装网络的形成和组装。
实施例2
(1)称取0.0386g氯化铷(Rbcl)于装有20mL去离子水的试剂瓶中，利用漩涡混合仪，在转速800转/分的条件下，搅拌混合5分钟，得到的溶液为的1.93mg/mL的Rbcl水分散液。
(2)取实施例1中0.2mg/mL{Mo72V30}水分散液10mL与该实施例步骤(1)中Rbcl水分散液10mL在试剂瓶中混合，利用漩涡混合仪，在转速800转/分的条件下，搅拌混合5分钟得到的溶液为0.1mg/mL{Mo72V30}水分散液(含0.97mg/mL Rbcl)。
(3)取步骤(2)中配得的{Mo72V30}水分散液悬垂于实施例1中0.1mg/mL的PDMS-NH2甲苯溶液中，观测液滴界面形貌。
如图2所示，悬垂液滴界面在10秒内形成自褶皱薄膜，这说明在此体系下纳米粒子-聚合物界面组装网络在液液界面快速组装。形成自褶皱薄膜说明在界面上粒子的面堆积密度已经接近最大面堆积密度，已经发生阻塞相变。
实施例3
(1)取实施例2中配得的0.1mg/mL{Mo72V30}水分散液(含0.97mg/mL Rbcl)于100μL的注射器中。
(2)点滴1.5μL实施例2中配得的0.1mg/mL{Mo72V30}水分散液于玻璃比色皿的基底，其液滴覆盖面尺寸与注射器针头一致。
(3)悬垂3.5μL{Mo72V30}水相液滴，接触步骤(2)中比色皿基底的液滴，两水相液滴连接成一段液桥，调整注射器针头高度，使液桥保持上下均一。
(4)向步骤(2)中比色皿加入2mL实施例1中所配0.1mg/mL的PDMS-NH2甲苯溶液，油相完全浸没水相。
(5)静置20秒，待液桥界面纳米粒子-聚合物界面组装网络组装完全，粒子面堆积密度达到最大值，缓慢上移针头dL，上移位移保证液桥只发生延性作用，而不发生毛细作用。
(6)静置10秒，待液桥界面纳米粒子-聚合物界面组装网络重新组装完全，粒子面堆积密度再次达到最大值，缓慢上移针头dL，上移位移保证液桥只发生延性作用，而不发生毛细作用。
(7)重复步骤(6)直至达到目标尺寸(小于1μm)。液桥细颈直径小于1μm。
如图3所示，在准静态拉伸液桥的过程中，由于纳米粒子-聚合物界面组装网络的形成完全抑制了Plateau-Rayleigh不稳定过程的发展，整个液桥的拉伸过程只存在延性效应，没有毛细效应的影响。液桥中心细颈即全液相流体通道的尺寸能到达到纳米尺度，且结构稳定。
实施例4
(1)取实施例2中配得的0.1mg/mL{Mo72V30}水分散液(含0.97mg/mL Rbcl)于100μL的注射器中。
(2)点滴1.5μL实施例2中配得的0.1mg/mL{Mo72V30}水分散液于金属电极的基底，其液滴覆盖面尺寸与注射器针头一致。
(3)悬垂3.5μL{Mo72V30}水相液滴，接触步骤(2)中比色皿基底的液滴，两水相液滴连接成一段液桥，调整注射器针头高度，是液桥保持上下均一。
(4)向步骤(2)中比色皿加入2mL实施例1中所配0.1mg/mL的PDMS-NH2甲苯溶液，油相完全浸没水相。
(5)利用电化学工作站连接注射器针头与步骤(2)中电极，构成闭合通路。
(6)重复实施例3中纳米尺度全液相流体通道的构建方法，原位检测体系电阻。
如图4所示，体系电阻与全液相流体通道的尺寸之间存在明显的对数线性关系，通过拟合可以关系式，即
lg R＝k lg r+b，k＝f(α，σ，...)
其中R为液桥体系电阻，单位为Ω，r为液桥细颈半径，单位为μm，k为斜率，b为液桥细颈的半径为1μm时液桥体系的电阻值。测定最终体系电阻为11.27MΩ，带入该关系式，得到全液相流体通道的半径为400nm。
对比例1
(1)取实施例2中配得的0.1mg/mL{Mo72V30}水分散液(含0.97mg/mL Rbcl)于100μL的注射器中。
(2)点滴1.5μL实施例2中配得的0.1mg/mL{Mo72V30}水分散液于玻璃比色皿的基底，其液滴覆盖面尺寸与注射器针头一致。
(3)悬垂3.5μL{Mo72V30}水相液滴，接触步骤(2)中比色皿基底的液滴，两水相液滴连接成一段液桥，调整注射器针头高度，是液桥保持上下均一。
(4)向步骤(2)中比色皿加入纯甲苯溶液，油相完全浸没水相。
(5)准静态拉伸液桥，记录液桥断裂的中心细颈流体通道的半径。
如图5所示，当液相界面无法形成纳米粒子-聚合物界面组装体系时，***无法抑制Plateau-Rayleigh不稳定过程的发展，液桥在延性效应与毛细效应的共同作用下发生断裂，断裂半径为0.375mm，是形成纳米粒子-聚合物界面组装体系的1000余倍。
对比例2
(1)取超纯水于100μL的注射器中。
(2)点滴1.5μL超纯水于玻璃比色皿的基底，其液滴覆盖面尺寸与注射器针头一致。
(3)悬垂3.5μL超纯水液滴，接触步骤(2)中比色皿基底的液滴，两水相液滴连接成一段液桥，调整注射器针头高度，是液桥保持上下均一。
(4)向步骤(2)中比色皿加入纯甲苯溶液，油相完全浸没水相。
(5)准静态拉伸液桥，记录液桥断裂的中心细颈流体通道的半径。
如图6所示，当液相界面无法形成纳米粒子-聚合物界面组装体系时，***无法抑制Plateau-Rayleigh不稳定过程的发展，液桥在延性效应与毛细效应的共同作用下发生断裂。
对比例3
(1)取超纯水于100μL的注射器中。
(2)点滴1.5μL超纯水于玻璃比色皿的基底，其液滴覆盖面尺寸与注射器针头一致。
(3)悬垂3.5μL超纯水液滴，接触步骤(2)中比色皿基底的液滴，两水相液滴连接成一段液桥，调整注射器针头高度，是液桥保持上下均一。
(4)向步骤(2)中比色皿加入实施例1中0.1mg/mL的PDMS-NH2甲苯溶液，油相完全浸没水相。
(5)准静态拉伸液桥，记录液桥断裂的中心细颈流体通道的半径。
如图7所示，当液相界面无法形成纳米粒子-聚合物界面组装体系时，***无法抑制Plateau-Rayleigh不稳定过程的发展，液桥在延性效应与毛细效应的共同作用下发生断裂。
本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种通过抑制Plateau-Rayleigh不稳定制备微纳米尺度的全液相流体通道的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将端基化的聚合物表面活性剂溶于油相，将纳米粒子分散于水相；所述端基化的聚合物表面活性剂为单氨基聚二甲基硅氧烷、双氨基聚二甲基硅氧烷、五氨基聚二甲基硅氧烷或聚苯乙烯-聚(2-乙烯基吡啶)；所述纳米粒子为多金属氧酸盐纳米粒子、羧基化二氧化硅纳米粒子或磺酸化纤维素纳米晶；
(2)将步骤(1)得到的分散有纳米粒子的水相点滴于亲水基底上，并将针头悬垂的分散有纳米粒子的水相液滴与亲水基底上的液滴接触，使两液滴相连成一段液桥；
(3)将步骤(1)得到的溶有端基化的聚合物表面活性剂的油相加入到亲水基底中浸没液桥，所述纳米粒子与所述端基化的聚合物表面活性剂能够在油水界面发生静电相互作用，使得液桥界面上形成纳米粒子-聚合物界面组装网络；
(4)将所述液桥进行准静态拉伸，当液桥细颈直径达到微纳米级别，即得到微纳米尺度的全液相流体通道。
2.如权利要求1所述的通过抑制Plateau-Rayleigh不稳定制备微纳米尺度的全液相流体通道的方法，其特征在于，步骤(4)中准静态拉伸的拉伸过程中，使液桥界面状态始终处于阻塞相变状态，并使液桥处于亚稳态。
3.如权利要求1或2所述的通过抑制Plateau-Rayleigh不稳定制备微纳米尺度的全液相流体通道的方法，其特征在于，步骤(4)中所述微纳米尺度的全液相流体通道的尺寸由液桥体系电阻求得，其液桥体系电阻与液桥尺寸的关系式为：lgR＝klgr+b，其中R为液桥体系电阻，单位为Ω，r为液桥细颈半径，单位为μm，k为斜率，b为液桥细颈的半径为1μm时液桥体系的电阻值。
4.如权利要求1所述的通过抑制Plateau-Rayleigh不稳定制备微纳米尺度的全液相流体通道的方法，其特征在于，所述油相为甲苯、氯仿或二氯甲烷。
5.如权利要求1所述的通过抑制Plateau-Rayleigh不稳定制备微纳米尺度的全液相流体通道的方法，其特征在于，所述亲水基底为玻璃比色皿、石英比色皿或金属电极。
6.如权利要求1所述的通过抑制Plateau-Rayleigh不稳定制备微纳米尺度的全液相流体通道的方法，其特征在于，所述油相中端基化的聚合物表面活性剂的浓度为0.1mg/mL-0.5mg/mL，所述水相中纳米粒子的浓度为0.1mg/mL-0.5mg/mL。
7.如权利要求1-6任一所述方法制备得到的微纳米尺度的全液相流体通道。
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