液滴镊子以及液滴控制方法技术

本发明专利技术公开了一种液滴镊子及液滴控制方法。该液滴镊子包括：两个镊臂；两个疏水板，分别固定于所述两个镊臂的头端；两个所述疏水板呈角度设置；两个所述疏水板能够相对平动，且两个所述疏水板之间的角度可调。上述液滴镊子，通过疏水不平行板结构变化可以改变液滴所受毛细管力的方向和大小，既能实现液滴的向上又能实现液滴的向下运动，从而实现了液滴的捕获/释放。不同于其他的液滴捕获/释放方法，由于这种捕获/释放液滴的力来自为不平行板本身的结构特性，所以对于不同底面的疏水性质，它表现出了广泛适用性和生物兼容性，可以成为微流体系统、液滴输送、生物分析、微反应容器等方面的强大平台。

Droplet tweezers and droplet control method

【技术实现步骤摘要】
液滴镊子以及液滴控制方法
本专利技术属于微液滴控制
，涉及一种液滴镊子以及液滴控制方法。
技术介绍
目前，基于液滴的表面微流体技术，由于其开放式的结构特性，有利于兼容其它检测和实验手段，在微流体系统、液滴转移、微反应器、生物医学领域等方面得到了广泛应用。然而，由于接触角滞后(CAH)和接触线固定等原因，表面的污染和液体损失将不可避免。为了解决这些问题，超疏水表面上的无损液滴操作方法得到了广泛关注。现有的无损液滴转移方法主要是基于具有可调粘附力的智能表面。通过切换高粘附力来捕获液滴，切换低粘附力来释放液滴，从而实现液滴的转移。最常用的方法是用特殊材料对表面进行处理，使表面能对外界刺激信号作出反应并改变其表面粘附特性。然而，外界刺激会降低液滴的生物活性，增加操作的复杂性。为了克服这一缺陷，也有人提出了一种通过寻找可拉伸或弯曲的柔性表面材料来运输液滴的方法。与表面改性相比，材料表面变形更方便，生物相容性更好，但表面疏水性可控范围较小，限制了其能够应用的场合。此外，上述的两种方法由于成本高，难以在工业上得到广泛应用。因此，寻找一种可以广泛应用于各种疏水表面、且不需要外部刺激信号、廉价自由液滴转移方法是极为迫切的。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，有必要提出了一种新的液滴镊子以及液滴控制方法。一种液滴镊子，包括：两个镊臂；两个疏水板，分别固定于所述两个镊臂的头端；两个所述疏水板呈角度设置；两个所述疏水板能够相对平动，且两个所述疏水板之间的角度可调。上述液滴镊子，通过疏水不平行板结构变化可以改变液滴所受毛细管力的方向和大小，既能实现液滴的向上又能实现液滴的向下运动，从而实现了液滴的捕获/释放。不同于其他的液滴捕获/释放方法，由于这种捕获/释放液滴的力来自为不平行板本身的结构特性，所以对于不同底面的疏水性质，它表现出了广泛适用性，和优越的生物及化学的兼容性，可以成为微流体系统、液滴输送、生物分析、微反应容器等方面的强大平台。可选地，所述疏水板包括玻璃基板以及覆在所述玻璃基板上的疏水层。可选地，所述疏水层为特氟龙层。可选地，所述疏水层的接触角为120度，且CAH为10度。可选地，所述疏水层的厚度为100μm。可选地，所述玻璃基板的厚度为150μm；所述玻璃基板的长度与宽度均为5cm。本专利技术的第二个目的是，提供了一种液滴控制方法。一种液滴控制方法，所述液滴控制方法采用本专利技术所提供的液滴镊子；将所述液滴镊子靠近液滴并与液滴相接触，以形成液桥；然后减小所述液滴镊子的开合以对液滴进行捕获；增大所述液滴镊子的夹角，然后增大所述液滴镊子的开合以对液滴进行释放。上述液滴控制方法，采用本专利技术所提供的液滴镊子，通过疏水不平行板结构变化可以改变液滴所受毛细管力的方向和大小，既能实现液滴的向上又能实现液滴的向下运动，从而实现了液滴的捕获/释放。不同于其他的液滴捕获/释放方法，由于这种捕获/释放液滴的力来自为不平行板本身的结构特性，所以对于不同底面的疏水性质，它表现出了广泛适用性，和优越的生物及化学的兼容性，可以成为微流体系统、液滴输送、生物分析、微反应容器等方面的强大平台。优选地，在捕获过程中，在液滴镊子接触液滴前，所述液滴镊子的镊臂头端间隙Ln满足以下条件：其中，αa为所述液滴镊子的界面的前进角，θ为所述液滴镊子的疏水板与垂直方向的夹角，R为液滴的球半径。优选地，在捕获过程中，应满足以下关系：其中，H为液滴镊距底表面最小高度，Lw为液滴镊子的液桥上端宽度，αa为液滴镊子的界面的前进角，βa为液滴镊子的疏水板的表面接触角，θ为所述液滴镊子的疏水板与垂直方向的夹角。优选地，在释放过程中，增大所述液滴镊子的夹角，以至夹角大于29度。附图说明图1为本专利技术一实施例的液滴镊子的结构示意图。图2为图1中的液滴镊子的疏水板的结构示意图。图3为液滴捕获过程示意图。图4为液滴释放过程示意图。图5为在不平行板挤压/拉伸的情况下，不平行极板内液滴受力及运动趋势分析图以及实验结果图。图6为在不平行板闭合/打开的情况下，不平行极板内液滴受力及运动趋势分析图以及实验结果图。图7为液滴在不同和θ时的移动趋势图。图8为液滴在不同和θ时的移动趋势图。图9为液滴在不同和θ时的移动趋势图。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，以下结合具体实施方式，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方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本专利技术的专利技术人发现，疏水不平行板结构的变化不仅可以改变液滴所受拉氏力的大小，而且可以改变液滴所受拉氏力的方向。参见图5-图7，分析液滴在疏水不平行板中的受力以及运动情况。液滴运动主要受两种力的影响。第一种是由结构引起的不对称拉氏力，它引起液滴运动，决定液滴运动方向。二是接触角滞后(CAH)引起的滞后力，它阻碍液滴运动，决定液滴在拉氏力作用下能否运动。逐一分析这两点如下：首先，结构产生的拉氏力，这个力的大小和方向是由两个因素决定的，第一个是不平行结构中液桥底端的宽度Ln，在这里，为了消除液滴大小的影响，在微尺度下，用来代替Ln更精确。第二个是疏水板和垂直方向之间的角度θ。通过几何结构和拉普拉斯方程分析了这两个因素对液滴运动方向的影响。疏水不平行板模型如图5所示。假定液桥底端的接触角(CA)为α1，上端接触角是α2，液桥的长度是D，液桥的底端与不平行板之间的交点的距离为S，液桥中液滴的体积可以表示为：V≈2π.D2.(D+2S)·sinθ(0-1)另外，根据几何关系，Ln能用方程Ln≈2S·sinθ来计算。由于液滴处于平衡状态，根据拉氏方程，需满足方程5-2[42-44]：假若以特氟龙作为界面材料，构建了疏水不平行板结构，假设α1＝α2≈120°。根据方程5-1和5-2，可以得到液滴运动趋势的理论曲线，如图7所示。实线为液滴压力平衡曲线，在实线以上为向下运动趋势，在实线以下为向上运动趋势。专利技术人发现一个更大的或θ将促进向下运动。为了验证这一关键发现，基于表面演化理论，从三维角度模拟了液滴在疏水不平行结构中的运动趋势。从而得到了在不同和θ时的液滴运动趋势(如图7的星号符号所示)，仿真结果与理论分析是一致的(稍有不同的主要原因是由于理论分析是基于二维的)。其次，专利技术人分析了CAH引起的滞后力。假设接触角的上限为前进角(下标‘a’)，下限为后退角(下标‘r’)。根据CAH的定义，当液滴向上运动时，α1＝α本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液滴镊子，其特征在于，包括：/n两个镊臂；/n两个疏水板，分别固定于所述两个镊臂的头端；两个所述疏水板呈一定范围的角度设置；两个所述疏水板能够相对平动，且两个所述疏水板之间的角度可调。/n

【技术特征摘要】
1.一种液滴镊子，其特征在于，包括：
两个镊臂；
两个疏水板，分别固定于所述两个镊臂的头端；两个所述疏水板呈一定范围的角度设置；两个所述疏水板能够相对平动，且两个所述疏水板之间的角度可调。


2.根据权利要求1所述的液滴镊子，其特征在于，所述疏水板包括玻璃基板以及覆在所述玻璃基板上的疏水层。


3.根据权利要求2所述的液滴镊子，其特征在于，所述疏水层为特氟龙层。


4.根据权利要求2所述的液滴镊子，其特征在于，所述疏水层的接触角为120度，且接触角滞后(CAH)为10度。


5.根据权利要求2所述的液滴镊子，其特征在于，所述疏水层的厚度为100nm。


6.根据权利要求2所述的液滴镊子，其特征在于，所述玻璃基板的厚度为150μm。


7.一种液滴控制方法，其特征在于，所述液滴控制方法采用权利要求1-6任一项所述的液滴镊子；
将所述液滴镊...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海波，卞雄恒，陈立国，孙立宁，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32