本發(fā)明涉及醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種紙張的疏水改性方法。

背景技術(shù)：

以紙張為基質(zhì)制備化學(xué)、生物及醫(yī)藥領(lǐng)域的分析材料，已經(jīng)有很多成功先例，如：驗孕試紙和ph值試紙等。目前，醫(yī)藥領(lǐng)域的紙基芯片研究方興未艾。

將紙基芯片用于分析檢測，可能的優(yōu)勢包括：第一，紙張的成本很低，有利于降低分析成本；第二，采用白色紙張，可以在上面進行顯色反應(yīng)，就可能直接用肉眼或者智能手機測定顯色結(jié)果，不需要采用專業(yè)的分析設(shè)備，檢測成本較低；第三，用過的紙基芯片可以燃燒銷毀，處理方便；第四，紙張本身具備一定的層析分離能力，有利于開展復(fù)雜體系的選擇性檢測；第五，紙張表面進行溶液反應(yīng)，所需要的溶液量較低，可以減少昂貴試劑的用量。

制備紙基芯片的方法較多，主要包括蠟印法、烷基烯酮二聚體(akd)改性法和剪紙法等多種。

其中，剪紙法利用紙張的形狀控制液體的流動區(qū)域，但是制備結(jié)構(gòu)復(fù)雜的紙基芯片難度大，效率低。蠟印法和烷基烯酮二聚體改性法是通過使紙張表面出現(xiàn)疏水區(qū)域來控制液體的流動和反應(yīng)區(qū)域。蠟印法需要采用專門的蠟印機，其價格至少在數(shù)萬元，設(shè)備成本較高。而烷基烯酮二聚體改性法可以采用噴墨打印機實現(xiàn)，設(shè)備便宜，但是作為改性劑的烷基烯酮二聚體必須制成水溶性乳液。為了維持水溶性乳液的穩(wěn)定性，其中必須添加大量乳化劑，這些乳化劑在紙張疏水改性后去除困難，可能會對后續(xù)分析產(chǎn)生不良影響。

因此，紙基芯片的制備仍然需要低成本且有利于后續(xù)分析檢測的紙張表面改性技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種紙張的疏水改性方法，該方法簡便易行，改性劑的成本低廉、成分簡單。

一種紙張的疏水改性方法，將疏水改性劑聚己內(nèi)酯打印至紙基芯片表面，再經(jīng)加熱、降溫冷卻，使疏水改性劑凝固在紙張的表面和內(nèi)部，得到疏水改性的紙張。

經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，聚己內(nèi)酯具有不溶于水且熔點低的特性，在70℃以下加熱即可變成液體，從而滲入紙張的縫隙中，得到疏水改性的紙張；而其他不溶于水的固體聚合物一般熔點較高，需要較高的加熱溫度，打印后需要高溫才能熔化或者熔化后長時間才能滲入紙張縫隙中實現(xiàn)改性。但是，高溫長時間加熱容易將紙張點燃或者使紙張發(fā)黃，無法實現(xiàn)本發(fā)明目的。

此外，實驗表明，聚己內(nèi)酯的生物相容性好，可用于制備控釋藥物載體或者細(xì)胞培養(yǎng)基架，所以在聚己內(nèi)酯改性后的紙張上開展藥物生物活性評價時，不必?fù)?dān)心細(xì)胞中毒或者蛋白失活。另外，聚己內(nèi)酯生物可降解性能好，在土壤和水中12個月內(nèi)即可分解為水和二氧化碳，不會對環(huán)境造成長期影響。

除了一些特種紙外，紙張一般都是由植物纖維制成的薄片，本身具有良好的親水性，根據(jù)制法和用途可以分為很多種類，作為優(yōu)選，所述紙張為濾紙、打印紙或白板紙；此類紙張用料成本低廉，利于紙基芯片的推廣。

將聚己內(nèi)酯放置于紙張表面進行加熱后，也可以使得聚己內(nèi)酯融入紙張的縫隙內(nèi)，得到疏水改性的紙張。但是，這種方法得到的疏水區(qū)域邊緣形狀控制較難。由于紙基芯片在應(yīng)用時通常需要對疏水區(qū)域進行嚴(yán)格的形狀控制，所以，僅僅采用簡單地將聚己內(nèi)酯放置于紙張表面再加熱改性的方法無法實現(xiàn)紙張在檢測領(lǐng)域的應(yīng)用。

作為優(yōu)選，所述打印的方式為3d打印，該打印方式至少有兩個優(yōu)點，第一，打印出聚己內(nèi)酯的形狀和結(jié)構(gòu)控制容易；第二，聚己內(nèi)酯剛打印出來時能緊密粘在紙張表面，有利于加熱改性后疏水區(qū)域邊緣形狀控制。目前，也還沒有其他打印方式(如噴墨打印等)能把聚己內(nèi)酯打印于紙張表面。

3d打印常用材料眾多，例如abs塑料、pla塑料、尼龍鋁粉材料等；但上述材料因熔點較高，若采用這些材料進行打印和改性時，必須用較高的加熱溫度，那么在打印過程中容易將紙張點燃，無法實現(xiàn)本發(fā)明目的；打印蠟雖然熔點不高，但是需要長時間加熱才能充分滲入紙張中，容易使紙片發(fā)黃變皺，也不利于后續(xù)檢測。此外，在3d打印過程中，還需要注意以下問題：打印機噴頭和紙片之間的距離不能太遠(yuǎn)，否則打出來的聚己內(nèi)酯不能很好地粘在紙上。作為優(yōu)選，所述距離為0.2～5mm，距離的選擇與3d打印機的型號有關(guān)。

為了保證紙張能夠按需要實現(xiàn)嚴(yán)格的疏水改性，加熱的溫度、時間以及降溫冷卻的溫度和時間均需要嚴(yán)格控制。

具體地，步驟(2)中，所述加熱烘干的溫度為60～160℃，時間為1min～24h。

加熱溫度越高，聚己內(nèi)酯熔化滲入濾紙內(nèi)部孔道的時間越短；溫度過低聚己內(nèi)酯熔化很慢，需要長時間才滲入濾紙內(nèi)部孔道；過高的溫度還會導(dǎo)致紙片發(fā)黃甚至燃燒；作為優(yōu)選，所述加熱烘干的溫度為80～140℃，時間為1～4h。

具體地，步驟(3)中，所述降溫冷卻的溫度為-20～59℃，時間為1min～24h。

降溫冷卻的目的是使熔化的聚己內(nèi)酯又恢復(fù)固態(tài)；冷卻溫度太高，聚己內(nèi)酯固化需要的時間較長。作為優(yōu)選，所述降溫冷卻的溫度為10～35℃，時間為10～30min。

本發(fā)明疏水改性后的紙張可用于制備紙基芯片，應(yīng)用于檢測領(lǐng)域。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明采用打印技術(shù)將疏水改性劑聚己內(nèi)酯打印至紙基芯片表面，再通過加熱、降溫冷卻使疏水改性劑凝固在紙基芯片上，獲得疏水改性紙基芯片；不僅步驟簡單，而且所使用的疏水改性劑成本低，疏水改性劑成分相對簡單，對后續(xù)分析結(jié)果影響小。

(2)本發(fā)明方法在實現(xiàn)疏水改性的同時，采用3d打印能夠使疏水區(qū)域具備一定高度，有利于開展需要液體量較多的檢測。

附圖說明

圖1為實施例1中聚己內(nèi)酯覆蓋于濾紙表面的圖片。

圖2為實施例1中經(jīng)聚己內(nèi)酯改性后的濾紙表面的圖片；

其中，a為濾紙表面；b為濾紙背面。

圖3為實施例1中在改性后的濾紙上滴加紅墨水的結(jié)果圖；

其中，a為濾紙表面；b為濾紙背面。

圖4為對比例1中以打印蠟為材料打印之后加熱改性的結(jié)果圖。

圖5為對比例2中以pla為材料打印之后加熱改性的結(jié)果圖。

具體實施方式

實施例1

一種紙張的疏水改性方法，具體包括以下步驟：

(1)取直徑為12cm的定量濾紙一張，用3d打印機將聚己內(nèi)酯打印至濾紙表面，打印結(jié)束后，濾紙表面覆蓋有聚己內(nèi)酯，如圖1所示；

(2)將表面上覆蓋有聚己內(nèi)酯的濾紙置于烘箱中，控制溫度為160℃，加熱1min，使聚己內(nèi)酯溶化滲入到濾紙中；

(3)將加熱烘干后的濾紙從烘箱中取出，置于室溫下冷卻24h，得到疏水改性的濾紙，如圖2所示。

在改性后的濾紙上滴加紅墨水，結(jié)果如圖3所示。由圖3可見，聚己內(nèi)酯凝固后在紙張上形成了疏水區(qū)域，疏水改性成功。

實施例2

一種紙張的疏水改性方法，具體包括以下步驟：

(1)取直徑為12cm的白板紙一張，用3d打印機將聚己內(nèi)酯打印至白板紙表面，打印結(jié)束后，濾紙表面覆蓋有聚己內(nèi)酯；

(2)將表面上覆蓋有聚己內(nèi)酯的白板紙置于烘箱中，控制溫度為60℃，加熱24h，使聚己內(nèi)酯溶化滲入到白板紙中；

(3)將加熱烘干后的白板紙從烘箱中取出，置于-20℃下冷卻1min，得到疏水改性的白板紙。

在改性后的白板紙上滴加紅墨水，發(fā)現(xiàn)聚己內(nèi)酯凝固后在紙張上形成了疏水區(qū)域，疏水改性成功。

實施例3

一種紙張的疏水改性方法，具體包括以下步驟：

(1)取70g打印紙一張，用3d打印機將聚己內(nèi)酯打印至打印紙表面，打印結(jié)束后，打印紙表面覆蓋有聚己內(nèi)酯；

(2)將表面上覆蓋有聚己內(nèi)酯的打印紙置于烘箱中，控制溫度為100℃，加熱6h，使聚己內(nèi)酯溶化滲入到打印紙中；

(3)將加熱烘干后的打印紙從烘箱中取出，置于59℃下冷卻240min，得到疏水改性的打印紙。

在改性后的打印紙上滴加紅墨水，發(fā)現(xiàn)聚己內(nèi)酯凝固后在紙張上形成了疏水區(qū)域，疏水改性成功。

對比例1

一種紙張的疏水改性方法，具體包括以下步驟：

(1)取70g打印紙一張，用3d打印機將打印蠟打印至打印紙表面，打印結(jié)束后，打印紙表面覆蓋有打印蠟；

(2)將表面上覆蓋有打印蠟的打印紙置于烘箱中，控制溫度為160℃，加熱8h，使打印蠟溶化滲入到打印紙中；

(3)將加熱烘干后的打印紙從烘箱中取出，置于25℃下冷卻60min，得到疏水改性的打印紙。

如圖4所示，以打印蠟為材料打印之后加熱改性，紙片有些發(fā)黃變皺。

對比例2

一種紙張的疏水改性方法，具體包括以下步驟：

(1)取70g打印紙一張，用3d打印機將pla打印至打印紙表面，打印結(jié)束后，打印紙表面覆蓋有pla；

(2)將表面上覆蓋有pla的打印紙置于烘箱中，控制溫度為180℃，加熱8h，試圖使pla溶化滲入到打印紙中；

(3)將加熱烘干后的打印紙從烘箱中取出，置于25℃下冷卻60min，未能得到疏水改性的打印紙。

如圖5所示，以pla為材料打印之后加熱改性，由于pla未能熔化滲入紙張中所以沒有成功。