一种基于C切铌酸锂芯片实时可控的微液滴输运方法技术

本发明专利技术公开了一种微液滴输运方法，该方法以C切铌酸锂基底及聚四氟乙烯疏水膜为核心，利用光电润湿效应驱动微液滴，通过激光聚焦光斑在C切铌酸锂晶片上的扫描动作带动微液滴按任意二维路径进行输运。该方法所需的芯片结构简单可靠，可通过控制光斑扫描路径和激光功率对微液滴输运动作进行灵活的调控，可作用于极性液体，对待输运微液滴的物性没有特殊要求。该技术可用于生物、化学、医学分析过程中的微量药剂及流体样品的输运，对生物医疗、药物诊断、环境监测以及分子生物学等领域的发展具有非常重要的意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微液滴操控技术，具体是一种芯片结构简单可靠、作用液体范围广、输运动作调控灵活的微液滴输运方法。
技术介绍
随着微流控芯片的迅速发展，微液滴的控制技术也受到人们越来越多的关注。微液滴控制技术一般应用于生物、化学、制药等领域的微量样品的分析过程中，它主要涉及微量试剂的输运、混合等。它对生物医疗、药物诊断、食品卫生、环境监测以及分子生物学等领域的发展具有非常重要的意义。文献(William H.Grover，Alison M.Skelley，Chung N，Liu，Eric T.Lagally，Richard A.Matthies，Monolithic membrance valves and diaphragm pumps for practical large-scale integration into glass microfluidic devices，Sens.ActuatorsB，89，315-323(2003))报道了一种利用微气泵装置完成微液体输运的方法，然而该方法需要鼓入空气，容易造成液体污染，并且需要制备复杂的微通道、微腔室，存在死区。此方法要求待输运液滴中的微粒较小且分散性良好，以防微通道堵塞。其芯片制作工艺复杂，成本较高，且输运方向和输运速度均不可调控。2004年岳瑞峰等人利用电润湿的方法实现了对微液滴的输运(专利申请号：200410080348.2)。此方法需要在芯片上制作电极阵列与多层薄膜结构，其芯片制作工艺复杂，需要外加电源，并且该方法是通过顺序致动电极来改变芯片不同部位的润湿性，来间接驱动液滴，无法精确灵活地控制液滴的输运动作。此外，该方法要求被输运的液滴与芯片的接触面积必须大于单个电极的截面面积，无法完成较小液滴的输运，所以该方法只能对较大的微液滴进行输运，无法适应未来微流控芯片高度集成化的要求。文献(杨旭豪，刘国君，赵天，杨志刚，刘建芳，李新波.声表面波技术在微流控研究领域中的应用[J].微纳电子技术，2014，07：438-446.)叙述了利用声表面波技术实现微液滴输运的方法。此方法需要在基底上制作复杂的叉指型电极，电极制作成本较高，工艺复杂，且电极位置不可调整，无法灵活准确的控制微液滴。并且该方法中待输运微液滴与电极直接接触，可能会腐蚀电极，造成液滴污染。2015年M.Esseling等人(Optofluidic droplet router.Laserand Photonics reviews，9，98-104(2015))以z切铌酸锂晶片做基底，利用该材料光折变空间电荷累积所产生的介电泳力，实现了对具有一定初速度的Novec 7300(电子氟化液)的定向输运。正如上文所述其缺点主要体现在：该方法实现的是对流体的路由操作，要求微液滴具有一定初速度，无法输运静止的液滴，而且此方法仅能完成对于弱极性微液滴的输运，不能用于强极性微液滴的输运，更不能对液滴的输运方向以及输运速度进行灵活的控制。该方法中虚拟电极的形成需要激光和空间光调制器组成的掩膜光照系统对铌酸锂基底进行预处理，成本较高。最近陈立品等人利用y切铌酸锂晶体的介电泳力作用实现了微液滴的输运(专利申请号：CN201511021872.7)。此方法通过激光聚焦光斑在铌酸锂晶片上的扫描动作可带动微液滴按任意二维路径进行输运，然而该方法中微液滴直接接触铌酸锂基底，对芯片的保护不足，难以多次使用，在输运强酸强碱液滴时可能会腐蚀基底并对液滴造成污染。
技术实现思路
目前已报道的微液滴输运方法存在芯片结构复杂、可靠性低、对待输运液滴物性要求高、输运动作调控性差等缺陷。针对上述问题，本专利技术提供一种芯片结构简单可靠、作用液滴范围广、输运动作调控灵活的微液滴输运方法。一种微液滴输运方法，其特征在于：以C切铌酸锂基底及聚四氟乙烯疏水膜为核心，利用光电润湿效应完成对微液滴的二维输运。一种微液滴输运方法，其特征在于：C切铌酸锂芯片由C切铌酸锂基底与一层聚四氟乙烯疏水膜组成，芯片结构简单。一种微液滴输运方法，其特征在于：利用光电润湿效应完成对微液滴的输运，对待输运液滴的导电性、酸碱性、液滴中微粒大小以及分散程度等没有特殊要求，可以实现多种类型微液滴的输运。一种微液滴输运方法，其特征在于：C切铌酸锂芯片有一层耐酸耐碱的聚四氟乙烯疏水膜，可以对C切铌酸锂基底进行有效的保护，芯片结构可靠性高，对待输运液滴影响小。一种微液滴输运方法，其特征在于：通过计算机程序控制激光扫描路径，进而控制微液滴的输运路径。与现有技术相比，本专利技术的优点在于所需C切铌酸锂芯片结构相对简单，不需要制作微泵、微阀、微通道及电极等，无需外加电源；该方法可以实现对于多种类型的微液滴的输运，对于待输运微液滴的导电性、微粒大小及分散程度、酸碱性没有特殊要求；芯片可靠性高，聚四氟乙烯薄膜可以对C切铌酸锂基底进行有效的保护；该方法可通过调节聚焦光斑的激光功率控制微液滴的接触角的变化从而控制微液滴输运的驱动力大小，并且可通过计算机控制光斑扫描路径对微液滴输运动作进行灵活的调控。附图说明图1为实现本专利技术一种基于C切铌酸锂芯片实时可控的微液滴输运方法所采用的装置图。图2为本专利技术一种基于C切芯片实时可控的微液滴输运方法的光电润湿原理图。图3为本专利技术一种基于C切铌酸锂芯片实时可控的微液滴输运方法的一种实施例(实例1)的输运过程图。(图中白色小圆点标识激光光斑的位置，箭头标识激光光斑相对于C切铌酸锂芯片的移动方向，下同)。图4为本专利技术一种基于C切铌酸锂芯片实时可控的微液滴输运方法的一种实施例(实例2)的输运过程图。图5为本专利技术一种基于C切铌酸锂芯片实时可控的微液滴输运方法的一种实施例(实例3)的输运过程图。图6为本专利技术一种基于C切铌酸锂芯片实时可控的微液滴输运方法的一种实施例(实例4)的输运过程图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步说明。本专利技术公开了一种微液滴输运方法，实现该方法所需要的装置包括激光器1、光阑2、背景光源3、C切铌酸锂芯片4、伺服电机5、计算机6、透明微动芯片平移台7、聚焦物镜8、半透半反镜9、滤光片10、CCD相机11、刚性支架12。其中激光器1、光阑2、半透半反镜9、聚焦物镜8、透明微动芯片平移台7、伺服电机5、计算机6、C切铌酸锂芯片4按顺序形成输运光路；背景光源3、C切铌酸锂芯片4、透明微动芯片平移台7、聚焦物镜8、半透半反镜9、滤光片10、CCD相机11按顺序形成实时观测光路。C切铌酸锂芯片6固定在透明微动芯片平移台7上，剩下的光学元件和电子器件均固定在钢性连接架12上，保证所有元件同轴准直。本专利技术公开了一种微液滴输运方法，该方法的操作步骤为：以C切铌酸锂晶片为芯片基底，在基底上制备一层聚四氟乙烯疏水膜，通过上述方法制成C切铌酸锂芯片4，将待输运的微液滴导入至C切铌酸锂芯片上表面；打开激光器1，通过计算机6控制透明微动芯片平移台7移动C切铌酸锂芯片4的空间位置，使聚焦激光打在微液滴边缘位置；适当调节激光功率，再通过计算机程序控制透明微动芯片平移台7驱动C切铌酸锂芯片4运动，使激光聚焦光斑在C切铌酸锂晶片的二维平面上做相对扫描动作，带动微液滴按任意二维路径进行输运。液滴的输运速度可直接通过光斑扫描速度进行精准调控，液滴的输运驱动力可通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微液滴输运方法，其特征在于：以C切铌酸锂基底及聚四氟乙烯疏水膜为核心，利用光电润湿效应完成对微液滴的二维输运。

【技术特征摘要】
1.一种微液滴输运方法，其特征在于：以C切铌酸锂基底及聚四氟乙烯疏水膜为核心，利用光电润湿效应完成对微液滴的二维输运。2.根据权利要求1所述的一种微液滴输运方法，其特征在于：C切铌酸锂芯片由C切铌酸锂基底与一层聚四氟乙烯疏水膜组成，芯片结构简单。3.根据权利要求1所述的一种微液滴输运方法，其特征在于：利用光电润湿效应完成对微液滴的输运，对待输运液滴的导电性、酸碱性...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊博麟，阎文博，陈立品，陈洪建，王旭亮，李少北，李菲菲，张羽晴，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12