一种在长程自循环磁流体上实现液滴输运的装置及方法制造方法及图纸

技术编号:35091827 阅读:5 留言:0更新日期:2022-10-01 16:50
本发明专利技术属于光控流体运动技术领域,公开了一种在长程自循环磁流体上实现液滴输运的装置及方法,包括液滴输运光路和磁流体输运通道,利用磁场的约束在玻璃基板上形成磁流体输运通道、利用热磁对流和马兰戈尼效应的耦合作用,磁流体由于表面张力梯度和退磁作用从激光照射位置流出,并在磁体积力作用下从低温区域重新循环回来。本发明专利技术具有结构简单、容易精确控制、无损,无接触、液滴输运速度可控、输运液滴体积可变、输运距离可控等特点,仅需激光提供热源,钕铁硼磁铁形成输运通道,只要存在温度梯度差,马兰戈尼对流和热磁对流便会产生,进而磁流体流动输运液滴;可广泛应用于化学合成、生物医疗、医学检测、药物诊断以及环境监测等领域。等领域。等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种在长程自循环磁流体上实现液滴输运的装置及方法


[0001]本专利技术属于光控流体运动
,尤其涉及一种在长程自循环磁流体上实现液滴输运的装置及方法。

技术介绍

[0002]目前,对少量液体或液滴的控制往往借助一些外部装置来实现,例如通过电动、机械、液压或气动的手段来实现微观尺度上流体运动的精细控制。然而,这些装置往往存在结构复杂、作用单一、设备制造难度大、成本高昂等问题,此外这些接触式操纵装置极易污染样品。因此,为了克服这些缺点,研究人员使用诸如光、热、电和磁场等外部非接触刺激信号,对液滴进行更加全面、灵活的操纵。
[0003]其中,激光具有极好的单色性和准直性,可以被聚焦到微米级的区域,达到非常高的能量密度,波长和功率易调节,有较好的空间和时间分辨率。利用光来驱动流体运动,最初的研究方法是将直接将激光入射到折射率不同的两种混合液体中,在液体的界面发生形变。目前利用激光来控制液体流动,国内外课题组采取的方法概括起来有五种:光动量传递,光热毛细管作用,光调制电压,光致形变和光致超声。
[0004]作为光控制流体运动的一个类别,利用光控制微液滴运动及诱导微液滴内粒子的输运已经成为微流控系统驱动的一种新模式。可是这些液滴输运方式主要集中在微观尺度下的液滴输运,光对液滴的驱动仅限于局部和微小的输运,实现液滴的宏观和长距离定向输运仍然是一个挑战。因此,为了实现宏观上液滴的长距离定向输运以及对液滴输运量的广泛调节,急需开发一种结构简单、成本低、设备制造难度低,并且能够实现液滴自发长距离输运的方法。
>[0005]通过上述分析,现有技术存在的问题及缺陷为:
[0006](1)现有的对少量液体或液滴的控制装置往往存在结构复杂、作用单一、设备制造难度大、成本高昂等问题,此外这些接触式操纵装置极易污染样品。
[0007](2)现有的液滴输运方式主要集中在微观尺度下的液滴输运,光对液滴的驱动仅限于局部和微小的输运,无法实现液滴的宏观和长距离定向输运。
[0008]解决以上问题及缺陷的难度为:1.常规的液滴输运装置结构复杂、设备制造难度大、成本高昂;2.常规的液滴输运装置往往只能输运微量的液滴,且输运距离非常有限。
[0009]解决以上问题及缺陷的意义为:1.改液滴输运装置结构非常简单、设备制造难度低、成本低廉;2.该装置液滴输运体积可调,0.1

50μl,且相对常规的液滴输运方式,其液滴输运距离非常远,最大可至60mm。

技术实现思路

[0010]针对现有技术存在的问题,本专利技术提供了一种在长程自循环磁流体上实现液滴输运的装置及方法。
[0011]本专利技术是这样实现的,一种在长程自循环磁流体上实现液滴输运的装置包括:
[0012]液滴输运光路,用于利用激光器提供光源,驱动磁流体运动,进而输运液滴;
[0013]磁流体输运通道,用于在磁场的约束下,使得磁流体形成磁流体通道。
[0014]进一步,所述液滴输运光路包括激光器和激光反射镜,所述激光反射镜位于激光器的输出光路上,用于将激光器的激光反射到磁流体上。
[0015]进一步,所述磁流体输运通道包括磁流体、玻璃基板和钕铁硼永磁铁,所述磁流体放置在玻璃基板上侧,所述钕铁硼永磁铁设置在玻璃基板下侧。
[0016]进一步,所述激光器设置有功率调节模块,所述功率调节模块用于对激光器的功率大小进行调节,调节磁流体的流动速度,实现液滴输运的速度可调。
[0017]进一步,所述功率调节模块的功率调节范围为0~1250mW。
[0018]进一步,所述激光器的光源波长为400nm~700nm。
[0019]本专利技术的另一目的在于提供一种在长程自循环磁流体上实现液滴输运的方法,所述在长程自循环磁流体上实现液滴输运的方法包括:
[0020]步骤一,激光首先通过激光器发射,激光平行入射到激光反射镜上,激光反射镜将光束垂直反射到磁流体上;
[0021]步骤二,由长条形钕铁硼磁铁提供磁场,用移液枪取磁流体,在磁场的约束下,磁流体形成磁流体通道,利用移液枪取适量的液滴到磁流体上;
[0022]步骤三,磁流体的运动是热磁对流和马兰戈尼效应的共同作用,激光作用在磁流体表面时,磁流体由于表面张力梯度和退磁作用从激光照射位置流出,并在磁体积力作用下从低温区域重新循环回来;
[0023]步骤四,通过调节激光功率大小,调节磁流体的流动速度,实现液滴输运的速度可调;通过调节激光功率大小以及激光作用时间,调节磁流体的流动速度和流动时间,实现液滴输运的距离可调。
[0024]进一步,所述步骤二中输运的液滴量是0.1

50μl。
[0025]进一步,所述步骤三中的激光垂直入射到磁流体一端,该区域的磁流体被加热,温度升高,表面张力低;远离加热端的磁流体温度低,表面张力大,磁流体由热端向冷端快速流动。
[0026]进一步,所述步骤四中液滴运动距离是0

40mm
[0027]结合上述的所有技术方案,本专利技术所具备的优点及积极效果为:
[0028]1.本专利技术中的装置结构简单且易于操作,设备制造难度低;油基磁流体和钕铁硼磁铁成本低廉,易于获取。仅仅需要磁铁形成磁流体通道,激光提供热源就可使磁流体流动,从而达到推动液滴的目的。
[0029]2.本专利技术驱动液体定向运动只需要其他液滴满足与溶液A不混溶的要求,当溶液A为油基铁磁流体,其他液滴只需满足疏油性要求,适用范围广,应用潜力巨大。
[0030]3.本专利技术所使用的光源范围广泛,紫外光、可见光、红光和近红外光皆可,且功率在一个较低的水平,所需能量要求较低。
[0031]4.本专利技术液滴体积的可调节范围大,最大可至50μl,可大范围的适用于不同情景,应用前景广阔。
[0032]5.本专利技术液滴输运的距离非常长,采用100mm的磁流体输运通道时,液滴最大输运距离可达60mm,如图5所示,远远超过了常规微液滴输运的距离。
[0033]6.本专利技术中只要有热源作用在磁流体上,磁流体存在温度差,磁流体就可源源不断运动,进而推动液滴运动。相较于之前的液滴输运方法,该方法更加简单,具有可重复性,能量转换效率高。
[0034]7.本专利技术中输运液滴的体积、数量、输运距离、速度都可调节,该装置的灵活性非常高,可操纵性好。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍,显而易见地,下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1是本专利技术实施例提供的在长程自循环磁流体上实现液滴输运的装置的结构示意图。
[0037]图2是本专利技术实施例提供的在长程自循环磁流体上实现液滴输运的方法流程图。
[0038]图3是本专利技术实施例提供的长程自循环磁流体运动的原理效果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在长程自循环磁流体上实现液滴输运的装置,其特征在于,所述在长程自循环磁流体上实现液滴输运的装置包括:液滴输运光路,用于利用激光器提供光源,驱动磁流体运动,进而输运液滴;磁流体输运通道,用于在磁场的约束下,使得磁流体形成磁流体通道。2.如权利要求1所述的在长程自循环磁流体上实现液滴输运的装置,其特征在于,所述液滴输运光路包括激光器和激光反射镜,所述激光反射镜位于激光器的输出光路上,用于将激光器的激光反射到磁流体上。3.如权利要求1所述的在长程自循环磁流体上实现液滴输运的装置,其特征在于,所述磁流体输运通道包括磁流体、玻璃基板和钕铁硼永磁铁,所述磁流体放置在玻璃基板上侧,所述钕铁硼永磁铁设置在玻璃基板下侧。4.权利要求1所述的在长程自循环磁流体上实现液滴输运的装置,其特征在于,所述激光器设置有功率调节模块,所述功率调节模块用于对激光器的功率大小进行调节,调节磁流体的流动速度,实现液滴输运的速度可调。5.权利要求4所述的在长程自循环磁流体上实现液滴输运的装置,其特征在于,所述功率调节模块的功率调节范围为0~1250mW。6.权利要求1所述的在长程自循环磁流体上实现液滴输运的装置,其特征在于,所述激光器的光源波长为400nm~700nm。7.一种用于实施权利要求1~6任意一项所述的在长程自循环磁流体上实现液滴输运的装置的在长程自循环磁流体上实现...

【专利技术属性】
技术研发人员:张航王志明林峰童鑫陈中辰余鹏
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:

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