一种用于侧向流分析的有序微结构硝酸纤维素膜制备方法

技术领域

本发明涉及有序膜制法，具体为一种用于侧向流分析的有序微结构硝酸纤维素膜的制备方法。

背景技术

侧向流免疫分析技术由于操作简单、检测速度快、便于携带等优点在生物医学检测领域得到了广泛的应用。硝酸纤维素膜作为侧向流试纸条重要的组成部分，其性能直接影响到检测结果的精确性和重复性。另外，硝酸纤维素膜由于其存储方便、生物兼容性好与绿色环保等优点，在免疫渗滤垂直流分析、酶联免疫吸附试验、电泳凝胶和免疫印迹实验等分析装置作为检测膜也得到了广泛的应用。

常用的硝酸纤维素膜的制备方法为相分离法、相转化法、浸没涂敷法、等离子聚合法、界面聚合法或离子液体纳米焊接法，但是这些方法存在制备工艺复杂、对设施要求较高和成本高昂等缺点。此外，利用这些方法所制备的硝酸纤维素检测基底孔径分布不均一、透光性差、力学性能低、容易化学降解等不足。传统硝酸纤维素检测膜孔径大小不均一，影响胶体金或表面增强拉曼纳米标签在其上分布的均一性，造成了所测信号波动大、普遍存在无法定量、灵敏度低和背景信号大等缺点。

人们期望利用有序微纳结构的硝酸纤维素膜来替代传统的无序结构的硝酸纤维素膜，来提高检测结果的均一性和灵敏度。当前，一般有序多孔膜很难通过一种工艺进行生产，比如在制备纳米级大小的有序多孔膜只能利用纳米级多孔膜的制备工艺；在制备微米级的有序多孔膜只能利用微米级多孔膜的制备工艺，很难通过一种制备工艺同时兼顾纳米级与微米级多孔膜的制备。在制备不同孔径有序多孔膜的时候，需要频繁更换生产工艺，这样就增加了生产成本和不可控因素对有序膜均一性的影响。因此，迫切需要一种方便快捷、成本低廉的技术手段来制备侧向流有序微纳结构硝酸纤维素膜。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种原料易得、控制条件简单、制备速度快的侧向流有序微结构硝酸纤维素膜的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种用于侧向流分析的有序微结构硝酸纤维素膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将5～30份聚合物溶解于30～80份溶剂一中，再添加入1～10份溶剂二，经过混匀处理，静置脱泡后得到聚合物铸膜液；

步骤二，配置单分散胶体微球溶液；

步骤三，在基底上将单分散胶体微球溶液进行自组装，得到有序模板；

步骤四，将聚合物铸膜液滴加至有序模板上，静置于具有稳定状态的密闭容器中4～6小时，得到固化成型的样品，稳定状态为相对湿度为40～80％，温度为15～35℃；

步骤五，将步骤四所得物进行刻蚀或者煅烧，去除有序模板；

步骤六，将步骤五所得物在去离子水溶液中浸泡12～24小时后干燥，即可得到有序微纳米级硝酸纤维素膜。

进一步地，步骤一中，聚合物为硝化棉、纤维素或硝酸纤维素中的一种或多种。溶剂一为甲苯、丙酮、三氯甲烷、二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种或多种。溶剂二为乙醇、异丙醇、四氢呋喃中的一种或多种。混匀处理为搅拌处理、超声处理、震荡处理或振动处理中的至少一种。

进一步地，步骤二中，单分散胶体微球溶液的质量分数为20～80wt％。单分散胶体微球为聚苯乙烯、二氧化钛、二氧化硅、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯或聚乙烯，粒径为200～500nm。

进一步地，步骤三中，基底为玻片、硅片、尼龙膜、PVDF或聚酯薄膜。基底需要经过酸或碱的清洗表面氧化层，然后经过等离子体技术进行亲水处理。单分散微球胶体溶液通过3个喷管喷滴在基底上面，在喷滴过程中，基底在滚动轮的带动下以1cm/s-10cm/s的速度移动，进行自组装为有序模板。

进一步地，步骤五中，刻蚀通过质量百分数为2～10wt％的氢氟酸进行4～6小时，煅烧的温度为200～500℃。

进一步地，步骤六中，干燥是在温度为25～35℃、相对湿度为30～60％的阴凉环境中干燥10～30分钟。

上述制备方法所制得的侧向流有序微结构硝酸纤维素膜，厚度为100nm～30μm。

工作原理：侧向流有序微结构硝酸纤维素膜具有光子禁带，能够减慢光子的群速度，从而能够增加光与物质的相互作用。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：

1、反应原料易得，反应条件易于控制，制备速度快；

2、侧向流有序微结构硝酸纤维素膜可以通过调节所用胶体微球的粒径方便控制有序膜的孔径大小，使得所制备的有序薄膜具有光调制特性；

3、侧向流有序微结构硝酸纤维素膜具有精准的电磁场限域效应，能够将不同频率的光的能量局限在膜孔中的不同位置，从而增强检测信号；

4、侧向流有序微结构硝酸纤维素膜，能够使纳米颗粒在其中顺畅的流动，有利于纳米颗粒均匀在膜中的分布，具有纳米限域效应，可以提高免疫生物分子反应在局域空间中的反应效率，从而提高检测的准确性；

5、侧向流有序微结构硝酸纤维素膜的比表面积大，能够结合更多的待测物从而有利于提高线性检测范围，在生物医学靶标检测、食品安全检测、环境污染物监测、海关检疫等各领域具有潜在的应用前景。

附图说明

图1是本发明的制备流程图；

图2是本发明的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

以下各实施例中的原料均为购买直接使用。基底3需要经过酸或碱的清洗表面氧化层，然后经过等离子体技术进行亲水处理。在喷滴过程中，喷灌的数量可以根据基底3的大小进行调整。

实施例1

如图1，一种用于侧向流分析的有序微结构硝酸纤维素膜的制备方法，包括以下步骤：

S1，将5g纤维素溶解在二甲基甲酰胺：丙酮：乙醇＝7:2:1的31g有机溶剂的混合液中，在室温下先进行超声30分钟，然后进行搅拌1小时，待完全溶解，然后静置脱泡后得到聚合物铸膜液1；

S2，配置质量百分比浓度为20％单分散胶体微球溶液2，单分散胶体微球为粒径200nm的二氧化硅；

S3，在玻片基底3上，通过微流控喷管7喷滴单分散胶体微球溶液2，使单分散胶体微球溶液2进行自组装，得到有序模板5，在喷滴过程中，基底3在滚动轮4的带动下以1cm/s的速度移动；

S4，将聚合物铸膜液1滴加至有序模板5上，静置于具有稳定状态的密闭容器中4小时，得到固化成型的样品，稳定状态为相对湿度为40％，温度为15℃；

S5，将S4所得物通过2wt％的氢氟酸刻蚀6小时，去除有序模板5，得到去除有序模板所得物6；

S6，将S5所得物(去除有序模板所得物6)在去离子水溶液中浸泡12小时后，在25℃、相对湿度为30％的阴凉环境中干燥10分钟，即可获得厚度为100nm的侧向流有序微结构硝酸纤维素膜，其扫描电镜图如图2。由图2可以看出，所制备的微结构硝酸纤维素膜孔径大小均一且排列有序。

实施例2

一种用于侧向流分析的有序微结构硝酸纤维素膜的制备方法，包括以下步骤：

S1，将30g硝化棉溶解在二甲基亚枫：二甲基甲酰胺：乙醇＝5:3:2的90g有机溶剂的混合液中，在室温下先进行超声30分钟，然后进行搅拌5小时，待完全溶解，然后静置脱泡后得到聚合物铸膜液1；

S2，配置质量百分比浓度为80％单分散胶体微球溶液2，单分散胶体微球为粒径500nm的二氧化钛；

S3，在硅片基底3上，通过微流控喷管7喷滴单分散胶体微球溶液2，使单分散胶体微球溶液2进行自组装，得到有序模板5，在喷滴过程中，基底3在滚动轮4的带动下以10cm/s的速度移动；

S4，将聚合物铸膜液1滴加至有序模板5上，静置于具有稳定状态的密闭容器中6小时，得到固化成型的样品，稳定状态为相对湿度为80％，温度为35℃；

S5，将S4所得物通过300摄氏度煅烧4小时，去除有序模板5；

S6，将S5所得物在去离子水溶液中浸泡24小时后，在35℃、相对湿度为60％的阴凉环境中干燥30分钟，即可获得厚度为30μm的侧向流有序微纳结构硝酸纤维素膜。

实施例3

一种用于侧向流分析的有序微结构硝酸纤维素膜的制备方法，包括以下步骤：

S1，将18g硝化棉、纤维素(质量比1:1)溶解在二甲基甲酰胺：丙酮：异丙醇＝6:2:2的60g有机溶剂的混合液中，在室温下先进行超声30分钟，然后进行搅拌3小时，待完全溶解，然后静置脱泡后得到聚合物铸膜液1；

S2，配置质量百分比浓度为50％单分散胶体微球溶液2，单分散胶体微球为粒径350nm的二氧化硅；

S3，在尼龙膜基底3上，通过微流控喷管7喷滴单分散胶体微球溶液2，使单分散胶体微球溶液2进行自组装，得到有序模板5，在喷滴过程中，基底3在滚动轮4的带动下以5cm/s的速度移动；

S4，将聚合物铸膜液1滴加至有序模板5上，静置于具有稳定状态的密闭容器中5小时，得到固化成型的样品，稳定状态为相对湿度为60％，温度为25℃；

S5，将S4所得物通过6wt％的氢氟酸刻蚀5小时，去除有序模板5；

S6，将S5所得物在去离子水溶液中浸泡18小时后，在30℃、相对湿度为45％的阴凉环境中干燥20分钟，即可获得厚度为15μm的侧向流有序微纳结构硝酸纤维素膜。

实施例4

一种用于侧向流分析的有序微结构硝酸纤维素膜的制备方法，包括以下步骤：

S1，将10g纤维素、硝化棉(3:2)溶解在甲苯：三氯甲烷：四氢呋喃＝5:2:1的45g有机溶剂的混合液中，在室温下先进行超声30分钟，然后进行搅拌4小时，待完全溶解，然后静置脱泡后得到聚合物铸膜液1；

S2，配置质量百分比浓度为30％单分散胶体微球溶液2，单分散胶体微球为粒径300nm的聚甲基丙烯酸甲酯；

S3，在PVDF基底3上，通过微流控喷管7喷滴单分散胶体微球溶液2，使单分散胶体微球溶液2进行自组装，得到有序模板5，在喷滴过程中，基底3在滚动轮4的带动下以3cm/s的速度移动；

S4，将聚合物铸膜液1滴加至有序模板5上，静置于具有稳定状态的密闭容器中4.5小时，得到固化成型的样品，稳定状态为相对湿度为50％，温度为20℃；

S5，将S4所得物300℃煅烧6小时，去除有序模板5；

S6，将S5所得物在去离子水溶液中浸泡14小时后，在27℃、相对湿度为40％的阴凉环境中干燥150分钟，即可获得厚度为500nm的侧向流有序微纳结构硝酸纤维素膜。

实施例5

一种用于侧向流分析的有序微结构硝酸纤维素膜的制备方法，包括以下步骤：

S1，将20g硝酸纤维素溶解在三氯甲烷：二甲基甲酰胺：乙醇：异丙醇＝6:2:1:1的70g有机溶剂的混合液中，在室温下先进行超声30分钟，然后进行搅拌2小时，待完全溶解，然后静置脱泡后得到聚合物铸膜液1；

S2，配置质量百分比浓度为70％单分散胶体微球溶液2，单分散胶体微球为粒径400nm的聚丙烯酸乙酯或聚乙烯；

S3，在聚酯薄膜基底3上，通过微流控喷管7喷滴单分散胶体微球溶液2，使单分散胶体微球溶液2进行自组装，得到有序模板5，在喷滴过程中，基底3在滚动轮4的带动下以8cm/s的速度移动；

S4，将聚合物铸膜液1滴加至有序模板5上，静置于具有稳定状态的密闭容器中5.5小时，得到固化成型的样品，稳定状态为相对湿度为70％，温度为30℃；

S5，将S4所得物600℃煅烧4小时，去除有序模板5；

S6，将S5所得物在去离子水溶液中浸泡22小时后，在33℃、相对湿度为50％的阴凉环境中干燥25分钟，即可获得厚度为20μm的侧向流有序微纳结构硝酸纤维素膜。

对比例

将实施例3所制得的用于侧向流分析的有序微结构硝酸纤维素膜组装到侧向流免疫分析中，进行炎症类标志物C反应蛋白的检测，并与传统基于无序硝酸纤维素膜的侧向流试纸条检测结果进行对比。结果显示其肉眼比色最低检测浓度由原来的10ng/mL降低至了1ng/mL，检测灵敏度得到了显著提高。另外，样品在有序膜上的流动速度更快，检测时间由传统膜的15min降低为了10min，更加的节约了检测时长。因此，基于有序微纳结构检测膜的侧向流免疫分析试纸条很有希望在POCT检测领域得到广泛的应用。