超疏水現(xiàn)象存在于很多常見生物表面,其往往具有很多特殊性能,例如自清潔,液體微流動等。近年來,通過仿生學(xué)原理成功制備出具有特定生物功能的材料表面是國際界面材料研究的熱點(diǎn)與前沿領(lǐng)域。糖尿病是一種慢性代謝性疾病,成為威脅人類健康與降低人類壽命的常見疾病。目前,糖尿病人常用的血糖檢測方法是針刺法與試紙檢測,這種測試方法需要患者頻繁刺破皮膚獲取血液,對患者的身心造成一定負(fù)擔(dān),而且傷口容易感染。另外這種方法獲得的血糖數(shù)據(jù)為離散的點(diǎn),很有可能錯過一些重要的極值點(diǎn),對餐后或胰島素治療后的高點(diǎn)或低點(diǎn)不敏感。為了更好的檢測患者血糖含量,本文提出基于表面潤濕理論與仿生學(xué)原理,通過尋找血液的糖度參數(shù)與超疏水表面接觸角的變化規(guī)律,揭示界面潤濕性能機(jī)制,構(gòu)建基于測定接觸角變化推演出血糖含量參數(shù),以此判定患者血糖度,可以作為一種連續(xù)血糖監(jiān)測的底層技術(shù)。主要包含以下內(nèi)容:（1）仿生學(xué)原理實驗:選取超疏水生物表面荷花葉和旱金蓮葉,借助掃描電子顯微鏡（SEM）對其微觀形貌進(jìn)行了分析研究,揭示了天然超疏水生物表面的特定功能的成因。實驗測定了葡萄糖溶液濃度和血糖血清濃度,與天然超疏水生物試樣表面的接觸角,探討了液滴葡萄糖濃度... 

【文章來源】：長春工業(yè)大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Wenzel模型和Cassie-Baxter模型示意圖

第2章表面潤濕基本理論與方法-9-圖2.2激光掃描后樣品表面形貌(a)~(f)不同脈沖能量密度下樣品表面的掃描電鏡圖激光加工的方法優(yōu)點(diǎn)明顯，但不足之處也顯而易見，例如無法采用一步法進(jìn)行制備，增加了制造成本，而且其本身存在設(shè)備昂貴，編程復(fù)雜等缺點(diǎn)，不利于大型工業(yè)化制造。因此通過激光刻蝕進(jìn)行超疏水表面制備的方法現(xiàn)在仍然處于實驗室研究階段，進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)還有眾多問題需要攻克。2.3.3化學(xué)刻蝕化學(xué)刻蝕一般是利用了不同的強(qiáng)酸強(qiáng)堿或者鹽溶液與金屬材料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使金屬溶解，而通過金屬材料在結(jié)晶時產(chǎn)生的晶體缺陷，在與酸堿溶液反應(yīng)時不同位置的溶解速度不同，以生成一定的粗糙結(jié)構(gòu)。陳等人[80]采用化學(xué)刻蝕的方法在不銹鋼網(wǎng)膜上制備了超疏水表面。刻蝕液為氫氟酸，使用12-羥基硬脂酸（12-HSA）改性，對水的接觸角達(dá)151°。此外此樣本對油接觸角極小，接近于0°，因此非常適用與油水分離應(yīng)用，樣本對水和石油醚的分離效率達(dá)95.65%。傳統(tǒng)的化學(xué)刻蝕法，在制備過程中有大量的金屬材料損耗，造成成本增加，制備的超疏水曾薄厚不均等問題，而且大量的金屬離子溶解在刻蝕液中難于處理，對環(huán)境污染較大。張等人[81]采用液滴蝕刻方法制備了超疏水鋁表面，接觸角為156°，滾動角為5°，后經(jīng)五氟辛酸（PFOA）修飾，得到了超疏水鋁表面。較傳統(tǒng)方法，液滴刻蝕能有效的減少鋁制基底在可是過程中的損耗，降低成本，提高了超疏水鋁表面的可重復(fù)使用率，而且刻蝕液中溶解金屬離子較少，處理難度降低，利于環(huán)境保護(hù)。但是化學(xué)刻蝕制備超疏水表面過程中使用的化學(xué)試劑多為強(qiáng)酸強(qiáng)堿對環(huán)境

第2章表面潤濕基本理論與方法-11-制備表面展現(xiàn)了較好的抗腐蝕性能。圖2.3不同分辨率的表面SEM照片（a）（b）水熱過程后的表面（c）化學(xué)修飾后表面對于水熱法同樣可以通過將水熱構(gòu)造粗糙表面和表面修飾結(jié)合在一起，形成一步制備超疏水表面的方法，降低成產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)時間。Li等[86]通過一步水熱合成的方法，在實驗中直接使用由硫酸鎳和十八酸組成的水熱液，進(jìn)行一步法制備超疏水表面，檢測顯示十八酸成功修飾到基底表面，并生成十八酸鎳。水熱法需要高溫高壓環(huán)境，對實驗設(shè)備要求較高，而且一般只能用于化學(xué)性質(zhì)較為活潑的金屬材料，反應(yīng)時間極長，進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)制備有一定困難困難，都是此方法不可避免的缺點(diǎn)。所以設(shè)法調(diào)整工藝，降低制備難度，并且向低溫低壓發(fā)展成為此方法的核心問題。2.3.6陽極氧化陽極氧化是一種電化學(xué)刻蝕過程，具有工藝簡單，操作方便的特點(diǎn)，此種方法下，金屬材料表面通常會轉(zhuǎn)化為一層氧化膜。通過調(diào)節(jié)不同的實驗參數(shù)可以有效的控制表面粗糙結(jié)構(gòu)的大致形態(tài)，再進(jìn)行低表面能物質(zhì)修飾即可獲得超疏水性。采用陽極氧化法制備超疏水金屬表面過程被廣泛使用，具有規(guī)�；I(yè)應(yīng)用潛力，是一種值得投入研究成本的優(yōu)秀方法。Sun等人[87]采用光刻膠掩模陽極氧化的方式在鋁基底表面制備了超疏水表面。為了制備微觀形貌整齊的超疏水表面，將光刻膠涂敷于金屬鋁表面，后經(jīng)一系列操作，在基底表面形成整齊的圓形光刻膠陣列，之后再經(jīng)陽極氧化處理，最后由氟硅烷（FAS）進(jìn)行修飾，如圖4。結(jié)果顯示，制備的超疏水表面接觸角達(dá)到156.8°。此種方法可以通過調(diào)節(jié)加工參數(shù)來實現(xiàn)對柱狀突起間距，直徑，高度等參數(shù)的精確調(diào)節(jié)，有較好的通用性。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]浸漬法制備不銹鋼基超疏水網(wǎng)膜及其在油水分離中的應(yīng)用[J]. 陳雪,袁軍,馬曉夢,曾孟陽,伍鴻哲.  化工新型材料. 2018(S1)
[2]Fabrication of Superhydrophobic Micro Post Array on Aluminum Substrates Using Mask Electrochemical Machining[J]. Jing Sun,Wei Cheng,Jin-Long Song,Yao Lu,Yan-Kui Sun,Liu Huang,Xin Liu,Zhu-Ji Jin,Claire J-Carmalt,Ivan P-Parkin.  Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2018(04)
[3]中國2型糖尿病防治指南（2017年版）[J]. Chinese Diabetes Society;.  中國實用內(nèi)科雜志. 2018(04)
[4]微創(chuàng)傷血糖連續(xù)檢測技術(shù)及儀器的研究進(jìn)展[J]. 栗大超,蒲治華,于海霞,徐可欣.  納米技術(shù)與精密工程. 2016(04)
[5]用于血糖無創(chuàng)檢測的葡萄糖傳感器研究[J]. 王洪,劉洋洋,姚小靜,李燕,崔建國,吳基玉.  傳感器與微系統(tǒng). 2013(05)
[6]人體組織液的微創(chuàng)透皮抽取技術(shù)[J]. 栗大超,劉同坤,孫岳,于海霞,徐可欣.  納米技術(shù)與精密工程. 2010(03)
[7]糖尿病歷史大發(fā)現(xiàn)[J]. 陳東方.  醫(yī)藥世界. 2007(10)



本文編號：3370655