超疏水玻璃纤维过滤膜用于Cu定量荧光分析

具有超浸润特性的材料表面在功能涂层、生物医药、微流体技术、传感分析及信息存储等诸多领域有着广泛的应用。其中，表面具有特殊浸润特性的微流体纸基分析装置（μPADs）的构建及应用成为近年来该领域的研究热点工作之一。但是，纤维素纸基过滤膜存在较高固有荧光背景和反相散射的局限性，极大地限制了其μPADs器件在荧光分析检测方面的应用。

近日，加拿大西蒙弗雷泽大学Hua-Zhong Yu教授（点击查看介绍）研究团队通过商业化玻璃纤维滤纸表面低浓度甲基三氯硅烷/甲苯（20 mM）改性处理，实现超疏水玻璃纤维过滤膜的简单制备。该疏水改性玻璃纤维过滤膜基底表面基于UV/臭氧选区曝光处理，能够得到图案化的超亲水表面。同时，与传统纤维滤纸相比，玻璃纤维基底的低荧光背景使其极其适用于定量荧光分析；在铜离子（Cu）定量分析测试方面展现出优异的检测极限和线性响应范围。

玻璃纤维滤膜与纤维素滤膜形貌及荧光性对比。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

该研究中所采用的玻璃纤维滤膜与纤维素滤膜相比，其纤维更为光滑、均匀；同时，在UV光照射下玻璃纤维滤膜呈现无色，而纤维素滤膜由于纤维素纸制造过程中加入大量增白剂而呈现淡蓝色。将原始璃纤维滤膜经过甲基三氯硅烷/甲苯溶液短时间（＜5 min）浸渍改性处理后，玻璃纤维表面呈现超疏水特性。

三氯硅烷浓度及处理时间对玻璃纤维表面疏水性影响。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

通过对改性前后玻璃纤维表面形貌进行SEM测试，甲基三氯硅烷在玻璃纤维表面水解聚合形成纳米尺度（20~ 50 nm）的粗糙结构；微米级玻璃纤维及表面纳米级凸起协同作用使得改性玻璃纤维表面呈现超疏水特性。

疏水改性前后玻璃纤维表面形貌表征。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

浸渍改性形成的超疏水玻璃纤维表面经过UV/臭氧曝光处理后，其表面疏水性能够随曝光处理时间延长逐渐转变为亲水特性；进一步借助掩膜UV/臭氧选区曝光处理，能够简便实现玻璃纤维基底表面图案化亲水处理。

玻璃纤维表面浸润性随UV/臭氧处理时间的变化。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

研究人员以超浸润图案化的玻璃纤维过滤膜为基底，结合铜催化叠氮-炔环加成反应（3-叠氮-7-羟基香豆素与丙炔醇反应）后产物荧光增强特性，该体系在铜离子（Cu²⁺）检测的荧光分析测试中展现出优异的性能。随着Cu²⁺浓度的增加 (0-140 μM)，检测体系荧光强度逐渐线性增强；体系Cu²⁺浓度最低检测极限为14.0 ± 0.5 μM，且该图案化玻璃纤维体系对Cu²⁺的检测具有优异的抗干扰特性。

图案化玻璃纤维滤膜用于Cu²⁺检测。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

总结

该研究以实验室常见的玻璃纤维滤膜为材质，基于浸渍疏水改性及UV/臭氧选区曝光处理，制备了具有图案化超浸润表面滤膜基底。该玻璃纤维滤膜基底的低荧光背景，使其在铜离子荧光分析检测中展现出优异的实用性；该研究成果中的基底超浸润图案化技术为其他纤维基底表面改性提供了借鉴。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Superhydrophobic Glass Microfiber Filter as Background-Free Substrate for Quantitative Fluorometric Assays

Lishen Zhang, Kennedy S. Chen, Hua-Zhong Yu*

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 7665-7672, DOI: 10.1021/acsami.9b17432

导师介绍

Hua-Zhong Yu

https://www.x-mol.com/university/faculty/46424