CN109810515A - 光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置及使用方法；一种光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置，包括基底，其特征在于：所述基底由聚二甲基硅氧烷与吸热材料三氧化二钛粉末或者四氧化三铁粉末混合构成，所述基底表面复刻或者喷涂有透明超疏水层，所述透明超疏水层的上方设置有绿光激光器；本发明利用绿光激光器对基底进行加热，基底中的三氧化二钛进行光热转换并将热量传递给聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷受热发生形变凸起，置于透明超疏水层表面的液滴在形变凸起形成的斜坡上达到滚动角时，向下滚动，实现定向操控液滴的滚动迁移，实现了对微流体的精准操控，可广泛应用在流体输运、化学分析、医学检测等领域。
Description
技术领域
本发明涉及微流控领域，特别是涉及光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置及使用方法。
背景技术
微流动技术是一种涉及微米尺度空间中流体过程处理及装置加工制造的技术。它是在微米尺度结构下利用微型化的流体处理和检测系统来研究微流体的各种效应和行为。由于其具有高通量的微通道及流动网络,高效的流体处理和检测机制,以及潜在的应用的低成本,已经被广泛地应用于制药业、生物技术与生物分析、医学、化学分析、机械、IT业甚至国防以及航空航天等领域。
近年来，基于微流控芯片展开的研究有很多，有关学者针对微流控芯片上液滴行为进行研究，尤其是针对光热转换材料的研究和通过表面改性来实现液滴行为的操控。关于光热转换材料的研究，Gang L.Liu等人利用微通道壁面负载金纳米颗粒进行光热转换实现通道精准快速的开关功能；T.Hayakawa等人利用MWNT油墨的光热特性作用于细胞，通过细胞粘附以实现细胞特异性筛选；Wenbo Bu等人利用Mo的多金属氧酸盐的光热效应实现肿瘤细胞特异性光热疗；Jinhua Zeng等设计了一种利用Ti2O3的光热转换特性特异性杀死癌细胞以治疗癌症的方法。关于通过表面改性来操控液滴行为的研究，H Mertaniemi等人利用轨道式超疏水表面实现了液滴定向操控；Jie Wang等人用光热的方式使石蜡相变从而将表面特异性改性为滑移表面操控液滴定向迁移；Chunlei Gao等利用Fe3O4光热转换诱导液滴内部马兰戈尼流动驱使液滴在滑移表面迁移。
针对光热转换材料和通过表面改性操控液滴行为的研究很多，但是基于光热转换材料与可塑形材料相结合，利用弹性形变实现超疏水表面液滴迁移的研究还相对较为匮乏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置及其使用方法，实现定向操控液滴滚动迁移的目的。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置，包括基底，其特征在于：所述基底由聚二甲基硅氧烷与吸热材料三氧化二钛粉末或者四氧化三铁粉末混合构成，所述基底表面复刻或者喷涂有透明超疏水层，所述透明超疏水层的上方设置有绿光激光器。
本发明的工作原理是：本发明基底中三氧化二钛粉末或者四氧化三铁粉末作为光热转换材料，对绿光激光光束有很好的吸收效果，同时水对该波段激光吸收率极小；所述透明超疏水层用以防止表面有色影响基底中颗粒吸光；本发明利用绿光激光器对基底进行加热，基底中的三氧化二钛或者四氧化三铁进行光热转换并将热量传递给聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷受热发生形变凸起，置于透明超疏水层表面的液滴在形变凸起形成的斜坡上达到滚动角时，向下滚动，实现定向操控液滴的滚动迁移。
根据本发明所述的光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置的优选方案，所述基底由聚二甲基硅氧烷和吸热材料三氧化二钛粉末或者四氧化三铁粉末按100:3至100:13的比例混合构成。
根据本发明所述的光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置的优选方案，所述基底由聚二甲基硅氧烷和吸热材料三氧化二钛粉末按100:10的比例混合构成。
本发明的第二个技术方案是，光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置的使用方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
A、将聚二甲基硅氧烷浇筑到形状规则的模具中，加入固化剂和三氧化二钛粉末或者四氧化三铁粉末，搅拌均匀并静置20分钟待其排净气泡，然后将模具放置在温度为100℃±10℃的加热板上加热15-20分钟使其固化，得到基底。
B、在基底的表面利用模板复刻或者透明超疏水涂料喷涂方法的制成透明超疏水层。
C、在所述透明超疏水层的上方设置绿光激光器。
D、开启激光器，基底中的三氧化二钛或者四氧化三铁进行光热转换并将热量传递给聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷受热发生形变凸起，置于透明超疏水层表面的液滴在形变凸起形成的斜坡上达到滚动角时，向下滚动，实现定向操控液滴的滚动迁移。
根据本发明所述的光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置的使用方法的优选方案，聚二甲基硅氧烷和吸热材料三氧化二钛粉末或者四氧化三铁粉末按100:3至100:13的比例混合。
根据本发明所述的光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置的使用方法的优选方案，聚二甲基硅氧烷和吸热材料三氧化二钛粉末按100:10的比例混合。
本发明所述的光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置及其使用方法的有益效果是：本发明利用绿光激光器对基底进行加热，基底中的三氧化二钛进行光热转换并将热量传递给聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷受热发生形变凸起，置于透明超疏水层表面的液滴在形变凸起形成的斜坡上达到滚动角时，向下滚动，实现定向操控液滴的滚动迁移，实现了对微流体的精准操控，控制成本低，制作工艺简单，便于集成化，使用方便，可广泛应用在流体输运、化学分析、医学检测等领域。
附图说明
图1是本发明所述的光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置的结构示意图。
图2是本发明所述的光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置的工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
参见图1和图2，实施例1：一种光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置，包括基底1；所述基底1由聚二甲基硅氧烷PDMS和吸热材料三氧化二钛粉末混合并固化而成；所述基底1也可以由聚二甲基硅氧烷PDMS和吸热材料四氧化三铁粉末混合并固化而成；或者由聚二甲基硅氧烷PDMS与其他的吸热材料混合并固化而成。所述基底1表面复刻或者喷涂有透明超疏水层2，所述透明超疏水层2的上方设置有532nm绿光激光器3。
在具体实施例中，所述基底1由聚二甲基硅氧烷与吸热材料三氧化二钛粉末或者四氧化三铁粉末按100:3至100:13的比例混合并固化而成。具体可选择聚二甲基硅氧烷：固化剂：吸热材料三氧化二钛粉末或者四氧化三铁粉末按100:10：10的比例混合。
参见图1和图2，实施例2.光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置的使用方法，该方法包括如下步骤：
A、将聚二甲基硅氧烷浇筑到形状规则的模具中，加入固化剂和吸热材料三氧化二钛粉末，搅拌均匀并静置20分钟左右待其排净气泡，然后将模具放置在温度为100℃±10℃的加热板上加热15-20分钟使其固化，得到基底1。
B、在基底1的表面利用模板复刻或者透明超疏水涂料喷涂方法的制成透明超疏水层2。
C、在所述透明超疏水层2的上方设置532nm绿光激光器3。
D、开启激光器3，基底1中的三氧化二钛进行光热转换并将热量传递给聚二甲基硅氧烷PDMS，聚二甲基硅氧烷PDMS受热发生形变凸起，置于透明超疏水层2表面的液滴4在形变凸起形成的斜坡上达到滚动角时，向下滚动，实现定向操控液滴4的滚动迁移。
在具有实施例中，聚二甲基硅氧烷和吸热材料三氧化二钛粉末按100:3至100:13的比例混合。具体可选择聚二甲基硅氧烷、固化剂和吸热材料三氧化二钛粉末按100:10：10的比例混合。
实施例3：光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置的使用方法，该方法包括如下步骤：
A、将聚二甲基硅氧烷浇筑到形状规则的模具中，加入固化剂和吸热材料四氧化三铁粉末，搅拌均匀并静置20分钟待其排净气泡，然后将模具放置在温度为100℃±10℃的加热板上加热15-20分钟使其固化，得到基底1。
B、在基底1的表面利用模板复刻或者透明超疏水涂料喷涂方法的制成透明超疏水层2。
C、在所述透明超疏水层2的上方设置532nm绿光激光器3。
D、开启激光器3，基底1中的四氧化三铁进行光热转换并将热量传递给聚二甲基硅氧烷PDMS，聚二甲基硅氧烷PDMS受热发生形变凸起，置于透明超疏水层2表面的液滴4在形变凸起形成的斜坡上达到滚动角时，向下滚动，实现定向操控液滴4的滚动迁移。
在具有实施例中，聚二甲基硅氧烷和吸热材料四氧化三铁粉末按100:3至100:13的比例混合。具体可选择聚二甲基硅氧烷、固化剂和吸热材料四氧化三铁粉末按100:10：10的比例混合。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置，包括基底(1)，其特征在于：所述基底(1)由聚二甲基硅氧烷与三氧化二钛粉末或者四氧化三铁粉末混合构成，所述基底(1)表面复刻或者喷涂有透明超疏水层(2)，所述透明超疏水层(2)的上方设置有绿光激光器(3)。
2.根据权利要求1所述的光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置，其特征在于：所述基底(1)由聚二甲基硅氧烷与三氧化二钛粉末或者四氧化三铁粉末按100:3至100:13的比例混合。
3.光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置的使用方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
A、将聚二甲基硅氧烷浇筑到形状规则的模具中，加入固化剂和三氧化二钛粉末或者四氧化三铁粉末，搅拌均匀并静置20分钟待其排净气泡，然后将模具放置在温度为100℃±10℃的加热板上加热15-20分钟使其固化，得到基底(1)；
B、在基底(1)的表面利用模板复刻或者透明超疏水涂料喷涂方法的制成透明超疏水层(2)；
C、在所述透明超疏水层(2)的上方设置绿光激光器(3)；
D、开启激光器(3)，基底(1)中的三氧化二钛或者四氧化三铁粉末进行光热转换并将热量传递给聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷受热发生形变凸起，置于透明超疏水层(2)表面的液滴(4)在形变凸起形成的斜坡上达到滚动角时，向下滚动，实现定向操控液滴(4)的滚动迁移。
4.根据权利要求3所述的光热定向操控弹性超疏水表面液滴迁移装置的使用方法，其特征在于：聚二甲基硅氧烷和三氧化二钛粉末或者四氧化三铁粉末按100:3至100:13的比例混合。
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