CN106890683B - 一种多层液滴包裹的形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层液滴包裹的形成方法，包括：将多种介质分别对应放入微流道中；调节每个微流道的出口与玻璃基面的第一表面之间的距离；按预设方向驱动玻璃基片运动；朝向第一表面输送介质，以便介质涂刮在第一表面上形成介质层；玻璃基片运动至预设位置时，在预设时刻，从预设入射位置向玻璃基片的第二表面上垂直入射激光光束，直至激光光束推动最靠近第一表面的介质层依次嵌入其他介质层中并喷射到空气中形成多层液滴包裹，其中，第一表面与第二表面为相平行的平面。此种方法可以实现对单个多层液滴包裹的精准控制，能够方便地实现多层液滴包裹的连续形成，且适用性较好，多层液滴包裹的生成效率高，生成成本低。

Description

一种多层液滴包裹的形成方法

技术领域

本发明涉及流体技术领域，特别涉及一种多层液滴包裹的形成方法。

背景技术

细微体积的液滴包裹技术在生物医疗检测、分子生物学、环工化学、食品科学、化妆品应用及工程应用等领域有很大的应用意义。

目前，微流控芯片生成液滴是主要的液滴生成方式，应用在上述应用领域中，以液滴为基础，能将化学试剂、细胞、蛋白质等大分子、微颗粒等物质进行操控，更精确地控制各个反应的实验条件，更灵活地控制参与反应的各个组分的实际用量，缩短反应时间。液滴作为近年来在微流控芯片上出现的一种新的流体运动形式，每一个液滴可以被视为独立的微反应器，研究微尺寸上的反应及其过程。

具体液滴生成原理为：在微流控芯片中，利用两种互不相溶的液体产生液滴，以其中一种液体作为连续相，以另一种液体作为分散相，借助芯片的通道结构和外力操纵，连续相会将分散相剪切成均匀的微小体积单元分散于连续相中，即形成液滴。当需要液滴的多层包裹的时候，则液滴的形成方式串联起来以获得多层包裹。

然而，现有的微流控芯片通过控制分散相的速度来控制液滴大小，液滴的均匀度较低，并且需要分选，难以对单个液滴包裹进行准确操控，一种微流控芯片只对应一种尺寸的液滴。

因此，如何更加方便地控制多层液滴包裹的形成，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种多层液滴包裹的形成方法，能够更加方便地控制多层液滴包裹的形成。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多层液滴包裹的形成方法，包括：

将多种介质分别对应放入微流道中；

调节每个所述微流道的出口与玻璃基片的第一表面之间的距离；

按预设方向驱动所述玻璃基片运动；

朝向所述第一表面输送所述介质，以便所述介质涂刮在所述第一表面上形成介质层；

在预设时刻，从预设入射位置向所述玻璃基片的第二表面上垂直入射激光光束，直至所述激光光束推动最靠近所述第一表面的所述介质层依次嵌入其他所述介质层中并喷射到空气中形成多层液滴包裹，其中，所述第一表面与所述第二表面为相平行的平面。

优选地，所述按预设方向驱动所述玻璃基片运动具体为：

以预设直线为中心轴，按圆周方向驱动所述玻璃基片运动，所述预设直线垂直于所述第一表面。

优选地，所述微流道为垂直于所述第一表面的直管道，所述微流道的出口正对所述第一表面。

优选地，所有所述微流道绕所述预设直线的周向依次设置，且所有所述微流道的出口与所述第一表面之间的距离绕所述预设直线的周向逐渐减小。

优选地，所有所述微流道均相同。

优选地，还包括：

在所述介质层转离所述激光光束的入射位置时，清理所述介质层。

本发明提供的多层液滴包裹的形成方法通过设置微流道与玻璃基片之间的位置关系、以及介质与玻璃基片之间的运动关系可以形成介质层，并利用激光诱导前移技术形成多层液滴嵌入以及多层液滴包裹。其中，通过调整改变激光能量、焦点光斑直径与样品制备的层数、厚度和材料，可以获得不同大小、不同层数、不同包裹厚度、不同材料的单个多层液滴包裹，使液滴的大小均匀程度得到控制，从而实现对单个多层液滴包裹的精准控制。同时，此种方法能够通过对玻璃基片、介质运动的控制，方便地实现多层液滴包裹的连续形成。另外，最靠近第一表面的介质层对应的介质可以为液体或者含有微细粉末的悬浊液，适用性较好，且多层液滴包裹的生成效率高，生成成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供多层液滴包裹的形成方法的流程图；

图2为本发明所提供利用激光诱导向前转移进行多层液滴包裹的原理图；

图3为本发明所提供多层介质层的制备方式的原理图，其中，A指向玻璃基片的运动方向，B指向第一液体的运动方向，C指向第二液体的运动方向，D指向第三液体的运动方向其中，A指向玻璃基片的运动方向；

图4为本发明所提供持续不断的多层液滴包裹的生成方案示意图，其中，A指向玻璃基片的运动方向。

图2至图4中，1为激光光束，2为等离子体，3为玻璃基片，4为第一介质层，5为第二介质层、6为第三介质层，7为多层液滴嵌入，8为多层液滴包裹，9为微流道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种多层液滴包裹的形成方法，能够更加方便地控制多层液滴包裹的形成。

请参考图1，图1为本发明所提供多层液滴包裹的形成方法的流程图。

本发明所提供多层液滴包裹的形成方法的一种具体实施例中，包括以下步骤：

步骤S1：将多种介质分别对应放入微流道中。

其中，介质的种类以及数量可以根据实际需要进行选择，通常为至少两种，其中，用于直接涂刮在玻璃基片的第一表面上的介质可以为液体或者含有微细粉末的悬浊液，其他介质可以为液体。一种介质对应放入一个微流道中，每个微流道用于对应形成一个介质层。

步骤S2：调节每个微流道的出口与玻璃基片的第一表面之间的距离。

其中，每个微流道的出口与玻璃基片的第一表面之间的距离决定了每个介质层的厚度和位置。

步骤S3：按预设方向驱动玻璃基片运动。

步骤S4：朝向第一表面输送介质，以便介质涂刮在第一表面上形成介质层。

其中，玻璃基片运动，朝向第一表面输送介质，每种介质根据其所设置的微流道的高度，可以在第一表面上沿着垂直于第一表面的方向依次形成不同的介质层，每种介质对应形成一个介质层。

步骤S5：在预设时刻，从预设入射位置向玻璃基片的第二表面上垂直入射激光光束，直至激光光束推动最靠近第一表面的介质层依次嵌入其他介质层中并喷射到空气中形成多层液滴包裹，其中，第一表面与第二表面为相平行的平面。

其中，玻璃基片运动一段距离后，玻璃基片上可以形成一段相叠设的介质层。预设入射位置可以是空间中的一定点，位于第二表面的一侧，具体可以根据玻璃基片的位置进行设置。

其中，每次朝向玻璃基片入射激光光束的预设时刻可以根据实际需要进行设置。在一次操作过程中，如果需要连续形成至少两个多层液滴包裹，则对于每相邻两个多层液滴包裹，在前一个多层液滴包裹形成后，可以根据下一个多层液滴包裹与前一个多层液滴包裹之间的间距要求，配合考虑玻璃基片的转速、介质的流速等参数，预设每次激光光束的入射时刻。

从预设入射位置向玻璃基片的第二表面上垂直入射激光光束，激光光束会透过玻璃基片，聚焦在涂有介质的第一表面，当激光能量大于介质的击穿阈值时，将会产生高温高压的等离子体，等离子体对外辐射冲击波。激光瞬时的高能推动最靠近第一表面的介质层依次嵌入其他介质层中，形成多层液滴嵌入，形成的多层液滴嵌入可以进一步向前喷射到空气中，由于液体黏性力和表面张力的作用进而形成多层液滴包裹。

其中，玻璃基片的运动总距离、激光光束的入射次数具体可以根据所需连续形成的多层液滴包裹的数量进行设置。

可见，此种多层液滴包裹的形成方法通过设置微流道与玻璃基片之间的位置关系、以及介质与玻璃基片之间的运动关系可以形成介质层，并利用激光诱导前移技术形成多层液滴嵌入以及多层液滴包裹。其中，通过调整改变激光能量、焦点光斑直径与样品制备的层数、厚度和材料，可以获得不同大小、不同层数、不同包裹厚度、不同材料的单个多层液滴包裹，使液滴的大小均匀程度得到控制，从而实现对单个多层液滴包裹的精准控制。同时，此种方法能够通过对玻璃基片、介质运动的控制，方便地实现多层液滴包裹的连续形成。另外，最靠近第一表面的介质层对应的介质可以为液体或者含有微细粉末的悬浊液，适用性较好，且多层液滴包裹的生成效率高，生成成本低。

上述实施例中，按预设方向驱动玻璃基片运动具体可以为：

以预设直线为中心轴，按圆周方向驱动玻璃基片运动，预设直线垂直于第一表面。例如，以玻璃基片为圆形基片为例，预设直线可以为过圆形基片的圆心且垂直于第一表面的直线。

玻璃基片按照圆周方向运动，能够节约占用空间，且通过玻璃基片的循环运动，有利于连续不断地形成多层液滴包裹的操作，适用性较强。

上述各个实施例中，微流道具体可以为垂直于第一表面的直管道，微流道的出口正对第一表面。微流道的出口与第一表面之间的距离决定了对应介质层的位置、介质层的厚度，进一步影响了多层液滴包裹的大小、均匀度等参数。按照本实施例中的设置方式设置微流道，介质从对应的微流道中流出后可以沿原方向垂直落到第一表面上，能够方便地调节微流道的出口与第一表面之间的距离以及介质在第一表面上的落点。

上述各个实施例中，所有微流道可以绕预设直线的周向依次设置，且所有微流道的出口与第一表面之间的距离绕预设直线的周向逐渐减小。也就是说，所有微流道的出口设置在一条以预设直线为轴心线的圆弧线上，且在此圆弧线上，所有微流道的出口呈阶梯状设置，从而可以方便确认与区分每个微流道所对应的介质层。

上述各个实施例中，所有微流道可以均相同，从而便于对所有微流道中的介质流速进行统一控制。

上述各个实施例中，多层液滴包裹的形成方法还可以包括以下步骤：

在介质层转离激光光束的入射位置后，清理介质层。

如果需要连续不断地获得多层液滴包裹，激光作用后的介质层在再次输送到刮涂工作位置前需要被清理下来，以便进行下一周期的刮涂和多层液滴包裹的形成。在介质层转离激光光束的入射位置时即清理介质层，有利于保证清理操作的可靠性。

请参考图2至4，图2为本发明所提供利用激光诱导向前转移进行多层液滴包裹的原理图；图3为本发明所提供多层介质层的制备方式的原理图；图4为本发明所提供持续不断的多层液滴包裹的生成方案示意图。

以介质种类为三种为例，对上述方法进行说明，但此例中介质种类的设定仅用于描述目的，不能理解为对本申请的限制。

选用第一液体、第二液体、第三液体三种介质，分别将三种介质分别对应放入三个微流道9中，调节每个微流道9与玻璃基片3的第一表面之间的距离，以使第一液体、第二液体、第三液体分别由第一表面向外依次形成第第一介质层4、第二介质层5、第三介质层6。使此三种液体分别从对应的微流道9的入口进入，玻璃基片3按设定的圆周方向进行运动，液体的进给与玻璃基片3的移动可以使得多种液体源源不断地分层刮涂在玻璃基片3上。

当需要形成多层液滴包裹时，使一个脉冲的激光光束1从玻璃基片3的第二表面垂直入射，激光通过玻璃基片3，聚焦在涂有液体的第一表面，当激光能量大于液体的击穿阈值时，将会产生高温高压的等离子体2，等离子体2对外辐射冲击波。激光瞬时的高能推动第一液体依次嵌入第二液体和第三液体中，形成多层液滴嵌入7，形成的多层液滴嵌入7进一步向前喷射到空气中，由于液体黏性力和表面张力的作用形成多层液滴包裹8。

如果需要连续不断地制备多层液滴包裹8，则当一个多层液滴包裹8被激光诱导转移作用后，需要将新制备好的介质层输送到激光的作用位置，进行持续地诱导转移形成多层液滴包裹8。具体可以以玻璃基片3作为转盘，旋转方向即为刮涂时玻璃基片3的移动方向，以周期旋转的方式把制备好的多层介质层输送到激光的作用位置，以进行持续地诱导转移形成多层液滴包裹8。激光作用后的介质层在再次输送到刮涂工作位置前将被清理下来，以便进行下一周期的刮涂和多层液滴形成。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的多层液滴包裹的形成方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种多层液滴包裹的形成方法，其特征在于，包括：

将多种介质分别对应放入微流道中；

调节每个所述微流道的出口与玻璃基片的第一表面之间的距离；

按预设方向驱动所述玻璃基片运动；

朝向所述第一表面输送所述介质，以便所述介质涂刮在所述第一表面上形成介质层；

在预设时刻，从预设入射位置向所述玻璃基片的第二表面上垂直入射激光光束，直至所述激光光束推动最靠近所述第一表面的所述介质层依次嵌入其他所述介质层中并喷射到空气中形成多层液滴包裹，其中，所述第一表面与所述第二表面为相平行的平面；

其中，所有所述微流道沿所述玻璃基片的运动方向依次设置，且所有所述微流道的出口与所述第一表面之间的距离在所述玻璃基片的运动方向上逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的多层液滴包裹的形成方法，其特征在于，所述按预设方向驱动所述玻璃基片运动具体为：

以预设直线为中心轴，按圆周方向驱动所述玻璃基片运动，所述预设直线垂直于所述第一表面。

3.根据权利要求2所述的多层液滴包裹的形成方法，其特征在于，所述微流道为垂直于所述第一表面的直管道，所述微流道的出口正对所述第一表面。

4.根据权利要求1所述的多层液滴包裹的形成方法，其特征在于，所有所述微流道均相同。

5.根据权利要求2至4任意一项所述的多层液滴包裹的形成方法，其特征在于，还包括：

在所述介质层转离所述激光光束的入射位置时，清理所述介质层。