一种基于超疏水材料的桌面型微液滴化学反应实验平台制造技术

本发明专利技术公开了一种基于超疏水材料的桌面型微液滴化学反应实验平台和利用该实验平台进行实验的方法。实验平台包括微液滴承接部件、微液滴转移部件、微液滴振荡反应部件、主体框架和机械控制组件，所述微液滴转移部件实现微液滴从所述微液滴承接部件向所述微液滴振荡反应部件的转移；微液滴振荡反应部件通过电动机带动驱动轮和驱动杆运动，从而使振荡平台和振荡平台上的超疏水碗状器皿呈波形振动，混合后微液滴在超疏水碗状器皿中做周期性旋转、滚动，实现振荡、混合和加速液滴反应的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超疏水材料的桌面型微液滴化学反应实验平台
本专利技术涉及化学、材料及机电领域，具体涉及一种基于超疏水材料的桌面型微液滴化学反应实验平台和利用该实验平台进行实验的方法。
技术介绍
在化学分析和检测过程中，传统的化学反应往往需要消耗几十、几百毫升甚至更大体积的液体化学试剂。大量液体化学试剂的使用增加了实验成本与废液处理成本；化学反应器皿的清洗会造成大量水资源的浪费与污染，增加废水处理成本；大量的化学试剂消耗会造成从生产到运输以及使用过程中的环境污染与能源浪费。从源头上减少液体化学试剂的消耗可以有效解决这些问题。微流控技术是目前进行微化学反应的常见方式，它使用微管道(尺寸为数十到数百微米)来处理或操纵微小流体，具有微型化、集成化的特点，通常又被称为微流控芯片、芯片实验室。利用微流控技术，可以将化学反应(包括进样、混合、反应、分离、检测)集成到一个微小芯片上来进行。微流控芯片一般通过光刻、蚀刻和机械加工的方法在硅片、玻璃、聚二甲基硅氧烷和聚甲基丙烯酸甲酯等材料上制作，存在制作设备价格昂贵，制备工艺复杂等缺点，导致其制作成本高昂，无法适用于普通的微液滴化学反应。近年来，通过控制材料表面的浸润性来进行微液滴反应开始受到关注。中国专利技术专利(CN105833814B)提出了一种液滴自驱动式微反应器，通过亲-疏水涂层梯度浸润性设计，在微反应器流道内，为微液滴提供驱动力实现液滴体积比的精确控制，液滴的充分混合和快速运输。然而，微流道的制备仍然采用了传统微流体芯片的掩膜光刻方法，表面处理过程也非常繁琐，制备成本难以降低。中国专利CN110523451A制备了一种磁性弹性超疏水基底，通过施加外界磁场，使反应器表面产生弹性凹陷，利用重力与液滴拉普拉斯力的协同作用，实现微液滴的输送、旋转搅拌和混合。该材料和方法仅在磁性弹性超疏水基底表面进行液滴的操作，无法实现液滴在三维空间的转移和移取，液滴的搅拌和混合效率低，无法用于实际的微液滴化学反应。中国专利CN207745854U设计了一种基于磁液弹珠的微反应器，通过控制磁场来控制具有超疏水/油特性的磁液弹珠，引发弹珠内部液体的剧烈对流，强化扰动，使得反应物充分混合。该方法将反应液滴与磁性颗粒粉末进行混合，混合的磁性颗粒会干扰微液滴的化学反应，影响反应结果。Yang等人(Advancedmaterials，2018，30(9)，1704912)采用3D打印技术制备了具有高粘附性打蛋器微结构的液滴微反应器，并进行了三氯化铁和氢氧化钠的微液滴反应实验，但其所述微反应器的制作过程较为复杂、成本较高，且在反应过程中无法进行振荡操作，功能较为单一。截至目前，能够实现微液滴的承接、移取或转移、混合反应的低成本方法和装置仍未报道，这也是目前实现微液滴化学反应的技术难点。
技术实现思路
针对上述背景中存在的不足，本专利技术专利目的是提供一种基于超疏水材料的桌面型微液滴化学反应实验平台，可以实现对微液滴的承接、无损转移、振荡混合等一系列微化学反应操作，具有操作简单、功能多样、低成本、灵活高效和可功能扩展的特点。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：一种基于超疏水材料的微液滴化学反应实验平台，该实验平台包括微液滴承接部件、微液滴转移部件、微液滴振荡反应部件、主体框架和机械控制组件，所述主体框架包括腔体和设于腔体内的操作平台；所述微液滴承接部件固定在所述操作平台上，具有一个或多个承接件，所述承接件上设有可抽拉式的疏水容腔；所述微液滴振荡反应部件，其振荡平台设于所述操作平台上，在所述振荡平台上设有疏水容腔；所述振荡平台通过与其下表面转动连接的驱动杆穿过所述操作平台相应位置的孔与其下部的驱动组件连接，通过下部驱动组件实现振荡平台曲线形振荡；所述机械控制组件，其四根直线光轴导杆分别设于主体框架侧面形成外周导杆；两根直线光轴导杆交叉成十字形状设于主体框架腔体内形成内腔导杆，内腔导杆外端部与外周导杆通过第一连接件滑动连接，两内腔导杆之间通过第二连接件相互连接；在第二连接件上设有竖向的微型导轨；所述微液滴转移部件与所述微型导轨滑动连接，实现微液滴从所述微液滴承接部件向所述微液滴振荡反应部件的转移。可选地，所述承接件包括与所述操作平台缺口边缘固定连接的抽拉托盘，抽拉托盘与操作平台缺口外缘下部之间形成滑道，抽拉板通过其两侧外缘部在滑道上滑动，所述疏水容腔放置于抽拉板上。所述疏水容腔为超疏水碗状皿。可选地，所述微液滴振荡反应部件的驱动组件包括与四个驱动杆连接的四个驱动轮，四个驱动轮固定在两根转动杆上，转动杆上套同步轮，电动机驱动同步带并且同步带驱动同步轮，从而使振荡平台呈波状振动。可选地，所述机械控制组件的第二连接件呈L型，内部设有供内腔导杆分别滑动的上、下独立的柱状滑动腔体，在连接件的纵向外侧壁上固定连接所述微型导轨滑道。可选地，4个所述外周导杆的连接端设有带座轴承，带座轴承固定于主体框架侧部框架上。可选地，微液滴转移部件的移液头由一经过超疏水处理的铆钉制成，滴管固定在圆形套筒内。短杆穿过圆形套筒开口压在胶头上。按压板与短杆接触，一端可转动。按下按压板即可挤压胶头，整个转移部件连接在微型导轨上实现上下滑动。可选地，所述套筒外壁的短杆下部横向固定设有两个按压板导向杆。可选地，所述主体框架为铝形材质的长方体框架，框架间的连接面为透明材质板面；其中，主体框架相对的两个上梁分别设有合页和对应的门吸，上表面的透明材质板面可从一侧打开。可选地，在所述操作平台上还设有废液暂存区，用以暂时收集废液，节省实验时间。本专利技术更具体的描述如下：基于超疏水材料的桌面型微液滴化学反应实验平台，该实验平台包括微液滴承接部件、微液滴转移部件、废液暂存区、微液滴振荡反应部件、主体框架和机械控制组件，微液滴承接部件的核心为超疏水碗状器皿1和超疏水碗状器皿2，分别放置在两块抽拉板上，抽拉板放置在抽拉托盘内，可实现推拉运动。抽拉托盘固定在下方的亚克力板材质操作平台上。微液滴振荡反应部件Ⅲ的的核心为超疏水碗状器皿，放置在振荡平台上。振荡平台是一圆环，下方与驱动杆连接，四根驱动杆与下方四个驱动轮连接，驱动轮固定在两根转动杆上，转动杆上套同步轮，电动机驱动同步带并且同步带驱动同步轮，从而使振荡平台呈波状振动，以达到使微液滴混合均匀的目的。废液暂存区即废液缸Ⅳ，用以暂时收集废液，节省实验时间。主体框架Ⅴ是由12根铝型材组成的长方体，铝型材之间通过三角形角件用内六角螺栓和T形螺母块固定。框架上方两侧分别固定一个把手，作为门的相应位置安装合页和门吸，平台内部下方为一亚克力板材质的操作平台，使用角槽连接件固定在铝型材上。机械控制组件Ⅵ的结构如下，四根直线光轴导杆通过带座轴承固定在铝型材上，两根直线光轴导杆组成十字形与正方形的导杆通过连接部件26和连接部件27连接，连接部件安装可以上下滑动的微型导轨，连接部件27与导轨间安装直线轴承使其能沿导轨水平自由滑动，微型导轨即用来安装微液滴转移部件。优选地，当主体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超疏水材料的微液滴化学反应实验平台，其特征在于，该实验平台包括微液滴承接部件、微液滴转移部件、微液滴振荡反应部件、主体框架和机械控制组件，/n所述主体框架包括腔体和设于腔体内的操作平台；/n所述微液滴承接部件固定在所述操作平台上，具有一个或多个承接件，所述承接件上设有可抽拉式的疏水容腔；/n所述微液滴振荡反应部件，其振荡平台设于所述操作平台上，在所述振荡平台上设有疏水容腔；所述振荡平台通过与其下表面转动连接的驱动杆穿过所述操作平台相应位置的孔与其下部的驱动组件连接，通过下部驱动组件实现振荡平台曲线形振荡；/n所述机械控制组件，其四根直线光轴导杆分别设于主体框架侧面形成外周导杆；两根直线光轴导杆交叉成十字形状设于主体框架腔体内形成内腔导杆，内腔导杆外端部与外周导杆通过第一连接件滑动连接，两内腔导杆之间通过第二连接件相互连接；在第二连接件上设有竖向的微型导轨；/n所述微液滴转移部件与所述微型导轨滑动连接，实现微液滴从所述微液滴承接部件向所述微液滴振荡反应部件的转移。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于超疏水材料的微液滴化学反应实验平台，其特征在于，该实验平台包括微液滴承接部件、微液滴转移部件、微液滴振荡反应部件、主体框架和机械控制组件，
所述主体框架包括腔体和设于腔体内的操作平台；
所述微液滴承接部件固定在所述操作平台上，具有一个或多个承接件，所述承接件上设有可抽拉式的疏水容腔；
所述微液滴振荡反应部件，其振荡平台设于所述操作平台上，在所述振荡平台上设有疏水容腔；所述振荡平台通过与其下表面转动连接的驱动杆穿过所述操作平台相应位置的孔与其下部的驱动组件连接，通过下部驱动组件实现振荡平台曲线形振荡；
所述机械控制组件，其四根直线光轴导杆分别设于主体框架侧面形成外周导杆；两根直线光轴导杆交叉成十字形状设于主体框架腔体内形成内腔导杆，内腔导杆外端部与外周导杆通过第一连接件滑动连接，两内腔导杆之间通过第二连接件相互连接；在第二连接件上设有竖向的微型导轨；
所述微液滴转移部件与所述微型导轨滑动连接，实现微液滴从所述微液滴承接部件向所述微液滴振荡反应部件的转移。


2.根据权利要求1所述的基于超疏水材料的微液滴化学反应实验平台，其特征在于，所述承接件包括与所述操作平台缺口边缘固定连接的抽拉托盘，抽拉托盘与操作平台缺口外缘下部之间形成滑道，抽拉板通过其两侧外缘部在滑道上滑动，所述疏水容腔放置于抽拉板上。


3.根据权利要求1所述的基于超疏水材料的微液滴化学反应实验平台，其特征在于，所述振荡件的驱动组件包括与四个驱动杆连接的四个驱动轮，四个驱动轮固定在两根转动杆上，转动杆上套同步轮，电动机驱动同步带并且同步带驱动同步轮，从而使振荡平台呈波状振动。


4.根据权利要求1所述的基于超疏水材料的微液滴化学反应实验平台，其特征在于，所述微液滴转移部件包括移液头和滴管，滴管固定在圆形套筒内，所述套筒外壁上部设有一短杆，短杆穿过套筒侧壁的孔压在内部胶头上，所述套筒外壁底部设有一转轴，按压板的一端部与转轴活...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊忠，冀承祥，刘美辰，刘敬旭，仲鑫，沈胜涛，王林凯，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东;37