一种基于仿生响应性液体门控的微流控系统及控制方法技术方案

本发明专利技术属于仿生响应性微流控系统领域，公开了一种基于仿生响应性液体门控的微流控系统，设置有微通道；微通道内部通入输运液体，微通道通过物理吸附或化学作用与响应性物质结合；微通道与响应性物质之间设置有多孔基质；响应性物质与微通道封装在密闭装置内。本发明专利技术基于仿生响应性液体门控的微流控系统，响应性物质释放和吸收液体，以此液体作为门控基质，实现微通道的智能调控输运液体行为；本发明专利技术突破传统固/液材料界面设计的限制，应用全新的动态固/液/液界面设计带来优异的抗污染和抗溶剂溶胀性能，有利于提高微流控芯片的循环使用寿命。

A Microfluidic Control System and Control Method Based on Bionic Responsive Liquid Gating

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿生响应性液体门控的微流控系统及控制方法
本专利技术属于仿生响应性微流控系统领域，尤其涉及一种基于仿生响应性液体门控的微流控系统及控制方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：微流控技术涉及化学、材料学、流体物理、物理化学、微电子、工程学、新材料、生物医学、微纳米加工技术等多个学科交叉领域，在生化反应、个性化医疗检测，临床诊断等方面有着巨大的应用前景。近些年微流控产业快速发展，《中国微流控产业现状-2018版》报告中预计，微流控产业到2022年将达到230亿美元。然而，在微流控芯片中，如何实现微尺度下通道的智能化，告别单一功能的微流控系统应用的局限性，同时提高微流控器件的抗污染和抗溶剂溶胀等性能，一直面临着巨大的挑战和制约着其快速发展的一个瓶颈。近年来，对微尺度下通道的智能化进行了比较深入的探索，一般有两种设计思路。一种是在微通道表面修饰响应性分子。当外场刺激后，修饰后的微通道表面发生亲水和疏水的转换，或是发生响应分子链的舒展和塌缩。然而，这种方式对通道的尺寸非常敏感，当通道的尺寸数量级远高于响应分子的链长时，这种响应的作用将会消失。同时，这种方式不可避免的会产生通道污染，限制了微通道的使用寿命。另一种是在通道内/外修饰响应形变的物质，可以解决对大尺寸下的通道的响应性。然而，微通道的污染仍不可避免，并且微通道的形变不会完全使通道闭合。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)当通道的尺寸数量级远高于响应分子的链长时，这种响应的作用将会消失；同时，这种方式不可避免的会产生通道污染，限制了微通道的使用时长。(2)在通道内/外修饰响应形变的物质，微通道的污染仍不可避免，并且微通道的形变不会完全使通道闭合。解决上述技术问题的难度：利用原子转移自由基聚合等技术，在通道表面上构建的响应性分子的分子链长度会达到一个稳定值(微米级)，因此受控于微通道尺寸的大小，当通道的尺寸数量级远高于响应分子的链长时，这种响应的作用将会消失。当利用响应产生力的作用于微通道实现智能调控时，污染问题不可避免，并且微通道的形变不会完全使通道闭合。因此，这种传统的固/固界面很难解决尺寸效应和抗污染等问题。解决上述技术问题的意义：界面的设计一直是微流控系统研究的热点。本专利技术应用全新的动态固/液/液界面设计，响应性物质释放和吸收液体。并以此液体作为门控液体，通过多孔基质作用于微通道，实现微尺度下通道的智能化及动态环境变化下的高适应性，为微流控技术的药物释放和微芯片内的细胞行为研究提供了一个全新的思路和研究平台。同时也带来优异的抗污染和抗溶剂溶胀性能，极大的提高了微流控芯片的循环使用寿命和降低使用成本。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于仿生响应性液体门控的微流控系统及控制方法。本专利技术将具有光、磁、热、pH、声、力或化学等响应性物质与微通道通过物理吸附或化学作用结合在一起，在所提及的任何一种外场或多种外场共同作用下，响应性物质释放和吸收液体。以此液体作为门控液体，通过多孔基质作用于微通道，实现微尺度下通道的智能化及动态环境变化下的高适应性，同时带来优异的抗污染和抗溶剂溶胀性能。本专利技术是这样实现的，一种基于仿生响应性液体门控的微流控系统设置有：微通道；微通道内部通入输运液体，微通道通过物理吸附或化学作用与响应性物质结合；微通道与响应性物质之间设置有多孔基质；响应性物质与微通道封装在密闭装置内。本专利技术的另一目的在于提供一种基于仿生响应性液体门控的微流控系统装置设置有：封装外壳，封装外壳中上下部分通过螺丝固定，封装外壳设置有进线、出线。进一步，所述门控液体可以是水溶液，可以是有机溶剂、可以是含氟溶液，也可以是汽油、煤油、橄榄油、润滑油、香油、硅油等低表面能油类。进一步，所述基于仿生响应性液体门控的微流控系统中制备响应性物质，通过物理吸附、范德华力、氢键作用或共价方式与微通道复合在一起，可多次利用，灵活组装。进一步，所述基于仿生响应性液体门控的微流控系统中使用制备通道的材料可以是纤维素衍生物类、聚砜类、聚酰亚胺类、含硅聚合物、聚酰胺类、聚烯烃类、甲壳素类、聚酯类、乙烯类聚合物、含氟聚合物等高分子有机膜，也可是PDMS、VHB、橡胶、尼龙等弹性体材料。进一步，所述基于仿生响应性液体门控的微流控系统中，微通道可使用激光雕刻、化学腐蚀、软刻蚀、热压法、刀片切割等微加工技术，通道尺寸精确可控，同时可大规模批量工业化生产。本专利技术的另一目的在于提供基于仿生响应性液体门控的微流控制方法，包括以下步骤：步骤一，利用计算机辅助软件设计各种尺寸和形状的微通道；步骤二，通过微加工技术将微流控基底材料加工成设计所需通道尺寸和形状，且通道尺寸精确可控；步骤三，制备响应性物质后，通过物理吸附或化学作用与微通道复合在一起；步骤四，将响应性物质与微通道封装在一个密闭的装置内，组成基于液体门控的智能响应性微流控系统；步骤五，施加外场刺激，响应性物质释放和吸收液体，通过多孔基质作用于微通道，实现微通道的智能调控输运液体行为。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术基于仿生响应性液体门控的微流控系统，通过微加工技术可精确设计和制备所需尺寸大小的微通道，如图5和图6，微通道尺寸由200微米到800微米；外场刺激后(如温度)，可快速实现微通道内门控液体的填充和吸除(图5)。本专利技术利用具有流动性的液体作为门控液体，即使微通道尺寸在毫米的数量级，也可实现微通道的智能调控输运液体行为(图6)。本专利技术突破传统固/液材料界面设计的限制，应用全新的动态固/液/液界面设计，将固/液界面转化为液/液界面，带来优异的抗污染性能(图7)。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于仿生响应性液体门控的微流控系统结构示意图。图中：1、响应物质；2、多孔基质；3、微通道；4、外场刺激；5、门控液体；6、封装材料。图2是本专利技术实施例提供的基于仿生响应性液体门控的微流控系统装置结构示意图。图3是本专利技术实施例提供的进线、出线、螺丝排布结构实物和示意图。图4是本专利技术实施例提供的基于仿生响应性液体门控的微流控制方法流程图。图5是本专利技术实施例提供的基于仿生响应性液体门控的微流控系统，门控液体受热响应后进入和吸除孔道的荧光图片过程。图6是本专利技术实施例提供的基于仿生响应性液体门控的微流控系统，在大尺度的微通道也可实现智能调控输运液体行为的示意和荧光图片。图7是本专利技术实施例提供的基于仿生响应性液体门控的微流控系统，其抗污染性能的检测评价。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术实施例提供的基于仿生响应性液体门控的微流控系统包括：响应物质1、多孔基质2、微通道3、外场刺激4、门控液体5、封装材料6；微通道3内部通入输运液体，微通道3与响应物质1之间设置有多孔基质2，多孔基质2通过物理吸附或化学作用与响应物质1结合；响应性物质与微通道封装在密闭装置内。如图2和图3所示，本专利技术实施例提供的基于仿生响应性液体门控的微流控系统装置包括：封装外壳、进线、出线、螺丝；封装外壳中上下部分通过螺丝固定，封装外壳设置有进线、出线。如图4所示，本专利技术实施例提供的基于仿生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于仿生响应性液体门控的微流控系统，其特征在于，所述的基于仿生响应性液体门控的微流控系统设置有：微通道；微通道内部通入输运液体，微通道通过物理吸附或化学作用与响应性物质结合；微通道与响应性物质之间设置有多孔基质；响应性物质与微通道封装在密闭装置内。

【技术特征摘要】
1.一种基于仿生响应性液体门控的微流控系统，其特征在于，所述的基于仿生响应性液体门控的微流控系统设置有：微通道；微通道内部通入输运液体，微通道通过物理吸附或化学作用与响应性物质结合；微通道与响应性物质之间设置有多孔基质；响应性物质与微通道封装在密闭装置内。2.如权利要求1所述的基于仿生响应性液体门控的微流控系统，其特征在于，所述门控液体为水溶液、有机溶剂、含氟溶液、汽油、煤油、橄榄油、润滑油、香油、硅油低表面能油类中的一种。3.如权利要求1所述的基于仿生响应性液体门控的微流控系统，其特征在于，所述基于仿生响应性液体门控的微流控系统中使用制备通道的材料为纤维素衍生物类、聚砜类、聚酰亚胺类、含硅聚合物、聚酰胺类、聚烯烃类、甲壳素类、聚酯类、乙烯类聚合物、含氟聚合物、PDMS、VHB、橡胶、尼龙弹性体材料的一种。4.如权利要求1所述的基于仿生响应性液体门控的微流控系统，其特征在于，所述基于仿生响应性液体门控的微流控系统中，微通...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯旭，吴锋，王树立，盛智芝，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35