一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于微流控技术领域，具体涉及一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控方法，本发明专利技术的磁激励实现液滴操控的微流控装置包括T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和磁铁。在超疏水表面放置液滴，然后在距离超疏水表面小于1cm处移动磁铁改变区域磁场分布，可以控制亲水性磁性微球驱动器与液滴接触，并实现对液滴的定点或定向等操控。本发明专利技术中的磁性微球可在微结构内部自由运动，运动阻力小，因而可以在低磁场下实现低粘附态

【技术实现步骤摘要】
一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控方法


[0001]本专利技术属于微流控
，具体涉及一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控方法。

技术介绍

[0002]微流控系统(也称为芯片实验室)被广泛应用于小体积生物、化学样品的分析检测中，取代传统分析中使用的繁琐且昂贵的仪器设备。在芯片实验室使用过程中，需要对液滴进行多种基本操作，包括液滴形成、输运、分离、混合等。目前，基于介电润湿机制的数字微流控技术已经得到了广泛的应用，然而它只能用于操控高介电常数的液体，且操作电压高、电路系统较为复杂。近年来，磁激励微流控技术得到越来越多的关注，它具有远程控制、适用多种液滴、和生物医学技术相容性好等独特优点。因此，开发新型磁激励液滴操控技术，有望拓宽微流控技术在生物化学分析及微反应器等领域中的应用。
[0003]在开放型的微流控系统中，要求其表面对液滴具有低摩擦阻力，以便液滴运动。其中超疏水表面具有液体排斥功能，位于表面的水滴能自发收缩为球形，且具有大于150
°
的接触角，摩擦阻力极低，因而超疏水表面常被用作开放型微流控系统的基底材料。同时，为对超疏水表面液滴进行操控，传统方法一般是在液滴中添加磁性粒子并施加磁力，但该方法不仅会造成液滴的污染，而且后期还需要分离磁性粒子，造成操作成本提高。此外，虽然近些年来也涌现了多种不同的磁激励超疏水表面用于对其表面的非磁性液滴进行操控，然而这些表面均需要在强磁场条件下工作，不利于实际应用。
[0004]因此，需要一种低磁场条件、对不同种液滴适用性强、远程无污染控制、运动阻力小、操控简单易行的微流控装置，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提出了一种磁激励实现液滴操控的微流控装置，该装置包括T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和永磁铁，所述亲水性磁性微球驱动器位于超疏水表面的T形截面条状微结构内，通过在超疏水表面放置液滴，然后在距离超疏水表面小于1cm处移动永磁铁改变区域磁场分布，可以控制亲水性磁性微球驱动器与液滴接触，在低磁场下即能实现对液滴的定点或定向等操控。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]本专利技术提供了一种磁激励实现液滴操控的微流控装置，所述微流控装置包括T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和磁铁，所述T形截面条状微结构平行设置，所述T形截面条状微结构之间为条状通道，所述亲水性磁性微球驱动器位于超疏水表面T形截面条状微结构的条状通道内，并可在条状通道内移动，所述T形截面条状微结构的宽度为300
‑
1500μm，距离为200
‑
1400μm，条状通道的深度为300
‑
2000μm。
[0008]用同样的方法，可以设计尺寸更小的结构，例如若干微米、几十微米到一两百微米。
[0009]优选地，所述磁铁的型号为钕铁硼强磁N35，大小为3
‑
60mm，磁场强度为矫顽力868(KA/m)，剩磁1.17
‑
1.23(T)。
[0010]本专利技术还提供了上述的磁激励实现液滴操控的微流控装置的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0011]S1、制备T形截面条状微结构超疏水表面：首先通过微纳加工工艺制备具有T形截面条状微结构的样品，然后进行离子表面处理，并喷涂超疏水微纳米涂层，得到T形截面条状微结构超疏水表面；
[0012]S2、制备亲水性磁性微球驱动器：
[0013]S21、将PDMS前体和固化剂按10：1的质量比混合，再加入5μm的羟基铁粉，混合均匀后注入到水中，然后80℃加热固化2小时，并收集固化形成的微球，静置干燥；
[0014]S22、配置浓度为200mmol/L的三羟基氨基甲烷溶液，并用1mol/L的盐酸调节pH至8.5，再加入2mg/L的多巴胺,0.005mol/L的硫酸铜溶液和19.6
×
10
‑3mol/L的双氧水，混合均匀后将微球置于溶液中浸泡6
‑
24h，最后收集得到亲水性磁性微球驱动器。
[0015]S3、放置亲水性磁性微球驱动器于超疏水表面微结构内：将步骤S1的T形截面条状微结构超疏水表面沿垂直于T形截面方向旋转90
°
，然后置于光学显微镜下聚焦其边缘截面，将步骤S2的亲水性磁性微球驱动器在显微镜下放置到条状通道中，最后通过永磁铁辅助亲水性磁性微球驱动器进入条状通道内部，即制得磁激励实现液滴操控的微流控装置。
[0016]优选地，T形截面条状微结构的制备方法包括光固化3D打印法(3DP)、分层实体制造法(LOM)、光刻法和粘连法。
[0017]进一步地，T形截面条状微结构的制备方法为分层实体制造法，具有包括以下步骤：
[0018]S1、制备分拆结构一：在玻璃片其中一面上涂覆一层100μm厚度的牺牲层材料，并在牺牲层上再涂覆100μm厚度的光刻胶，然后通过条状宽度为700μm，条状间距为500μm的铬掩膜版对光刻胶层进行紫外选择性曝光，经显影后得到分拆结构一；
[0019]S2、制备分拆结构二：取第二片相同大小的玻璃片，并在其一面上涂覆一层500μm厚度的光刻胶，然后通过条状宽度为400μm，条状间距为800μm的铬掩膜版对光刻胶层进行紫外选择性曝光，经显影后得到分拆结构二；
[0020]S3、分别对分拆结构一与分拆结构二的表面涂覆粘合剂，在微结构中心对齐的基础上经接触粘合得到目标微结构；
[0021]S3、将粘合后的产物用分拆结构一中牺牲层材料的溶剂进行浸泡，溶解牺牲层并脱离分拆结构一的玻璃片，得到位于第二片玻璃片表面上完整的T形截面条状微结构。
[0022]具体的，所述牺牲层材料包括但不限于明胶牺牲层材料、聚乙烯吡咯烷酮牺牲层材料、金牺牲层材料。
[0023]具体的，所述光刻胶包括但不限于NOA61紫外胶水光刻胶、SU8
‑
2015光刻胶。
[0024]进一步地，T形截面条状微结构的制备方法为光固化3D打印法，具有包括以下步骤：
[0025]S1、使用CAD设计宽度为300
‑
1500μm，距离为200
‑
1400μm，通道深度为300
‑
2000μm的T形截面条状微结构；
[0026]S2、将设计好的T形截面条状微结构使用ANYCUBIC Photon workshop进行切片；
[0027]S3、完成切片后，将405nm的树脂加入ANYCUBIC Photon Mono SE(工业级3D打印机)的料槽中，然后在避光环境中使用405nm的波长进行光固化，完成打印；
[0028]S4、将打印好的样品使用95％酒精清洗3
‑
5分钟，干燥后使用紫外线固化灯固化3
‑
10分钟，得到位于样品表面的T形截面条状微结构。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁激励实现液滴操控的微流控装置，其特征在于，所述微流控装置包括T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和磁铁，所述T形截面条状微结构平行设置，所述T形截面条状微结构之间为条状通道，所述亲水性磁性微球驱动器位于超疏水表面T形截面条状微结构的条状通道内，并可在条状通道内移动，所述T形截面条状微结构的宽度为300
‑
1500μm，距离为200
‑
1400μm，条状通道的深度为300
‑
2000μm。2.根据权利要求1所述的一种磁激励实现液滴操控的微流控装置，其特征在于，所述磁铁的型号为钕铁硼强磁N35，大小为3
‑
60mm，磁场强度为矫顽力868(KA/m)，剩磁1.17
‑
1.23(T)。3.权利要求1或2所述的磁激励实现液滴操控的微流控装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备T形截面条状微结构超疏水表面：首先制备具有T形截面条状微结构的样品，然后进行离子表面处理，并喷涂超疏水微纳米涂层，得到T形截面条状微结构超疏水表面；S2、制备亲水性磁性微球驱动器：S21、将PDMS前体和固化剂按10：1的质量比混合，再加入5μm的羟基铁粉，混合均匀后注入到水中，然后80℃加热固化2小时，并收集固化形成的微球，静置干燥；S22、配置浓度为200mmol/L的三羟基氨基甲烷溶液，并用1mol/L的盐酸调节pH至8.5，再加入2mg/L的多巴胺,0.005mol/L的硫酸铜溶液和19.6
×
10
‑3mol/L的双氧水，混合均匀后将微球置于溶液中浸泡6
‑
24h，最后收集得到亲水性磁性微球驱动器；S3、放置亲水性磁性微球驱动器于超疏水表面微结构内：将步骤S1的T形截面条状微结构超疏水表面沿垂直于T形截面方向旋转90
°
，然后置于光学显微镜下聚焦其边缘截面，将步骤S2的亲水性磁性微球驱动器在显微镜下放置到条状通道中，最后通过永磁铁辅助亲水性磁性微球驱动器进入条状通道内部，即制得磁激励实现液滴操控的微流控装置。4.根据权利要求3所述的磁激励实现液滴操控的微流控装置的制备方法，其特征在于，T形截面条状微结构的制备方法包括光固化3D打印法、分层实体制造法、光刻法和粘连法。5.根据权利要求4所述的磁激励实现液滴操控的微流控装置的制备方法，其特征在于，T形截面条状微结构的制备方法为分层实体制造法，具有包括以下步骤：S1、制备分拆结构一：在玻璃片其中一面上涂覆一层100μm厚度的牺牲层材料，并在牺牲层上再涂覆100μm厚度的光刻胶，然后通过条状宽度为700μm，条状间距为500μm的铬掩膜版对光刻胶层进行紫外选择性曝光，经显影后得到分拆结构一；S2、制备分拆结构二：取第二片相同大小的玻璃片，并在其一面上涂覆一层500μm厚度的光刻胶，然后通过条状宽度为400μm，条状间距为800μm的铬掩膜版对光刻胶层进行紫外选择性曝光，经显影后得到分拆结构二；S3、分别对分拆结构一与分拆结...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄世琳，郭睿生，田雪林，范岳，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：