CN109865485A - 一种微小物体的定向移动方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种微小物体定向移动方法，通过将微小物体浮于溶液中，其中，所述溶液中溶解有表面活性物质；激发所述溶液中的所述表面活性物质，以便所述微小物体发生定向移动。本申请中将微小物体浮于溶有表面活性物质的溶液中，激发溶液中的表面活性物质，表面活性物质被激发后，导致表面能发生变化，而对于被激发以外的区域，表面能并未发生改变，由于溶液中被激发的区域和被激发以外的区域的表面能并不相等，溶液便发生定向流动，进而带动微小物体发生定向移动。

Description

一种微小物体的定向移动方法

技术领域

本申请涉及微小物体定向移动领域，特别是涉及一种微小物体定向移动方法。

背景技术

定向移动是材料加工与物质分离的重要手段，在材料、生物、电子等领域有广泛的应用。目前实现微小物体定向移动的技术主要是利用精准抓取。精准抓取，主要有以下几种方式：(1)采用具有双极结构的转移头，在转移过程中分别施于正负电压，抓取微小物体时，对一个硅电极通正电，微小物体就会吸附到转移头上，当需要把微小物体放在既定位置时，对另外一个硅电极通负电，即可完成转移；(2)使用弹性印模，结合高精度运动控制打印头，利用范德华力，通过改变打印头的速度，让微小物体黏附在转移头上，打印到预定位置上，(3)在微小物体上混入诸如铁、钴、镍等磁性材料，利用电磁吸附和释放，实现微小物体的转移；(4)通过真空吸嘴产生的气压差实现微小物体的抓取，再通过移除真空完成微小物体的放置，从而实现对微小物体的转移。

在溶液中，微小物体处于漂浮或悬浮状态，位置无法固定，上述精准抓取方法中任意一种方式难以实现对微小物体的定向移动。

发明内容

本申请的目的是提供一种微小物体定向移动方法，以对浮在溶液中的微小物体进行定向移动。

为解决上述技术问题，本申请提供一种微小物体定向移动方法，包括：

将微小物体浮于溶液中，其中，所述溶液中溶解有表面活性物质；

激发所述溶液中的所述表面活性物质，以便所述微小物体发生定向移动。

可选的，所述表面活性物质为下述任一种物质：

偶氮化合物、过硫酸盐、杂环化合物、具有共轭π键的有机物、低浊点非离子表面活性剂。

可选的，所述微小物体发生定向移动之后还包括：

当所述微小物体移动至目标位置，固定激发所述溶液的位置或者停止激发所述溶液。

可选的，在所述将微小物体浮于溶液中之前还包括：

在所述溶液中放置基板，且所述目标位置的投影位于所述基板的范围内；

在所述固定激发所述溶液的位置或者停止激发所述溶液之后还包括：

通过所述基板上浮或者通过在所述溶液的底部抽离所述溶液，固定所述微小物体于所述基板的表面。

可选的，在所述溶液中放置基板之前还包括：

对所述微小物体进行表面疏水处理。

可选的，所述激发所述溶液中的表面活性物质包括：

利用激光，激发所述溶液中的所述表面活性物质。

可选的，在所述利用激光，激发所述溶液中的所述表面活性物质之前还包括：

设置激光参数，其中，所述激光参数包括下述任意一种参数或者任意组合：

激光光斑图案、激光能量、激光数量、激光扫描方式。

本申请所提供的微小物体定向移动方法，通过将微小物体浮于溶液中，其中，所述溶液中溶解有表面活性物质；激发所述溶液中的所述表面活性物质，以便所述微小物体发生定向移动。本申请中将微小物体浮于溶有表面活性物质的溶液中，激发溶液中的表面活性物质，表面活性物质被激发后，导致表面能发生变化，而对于被激发以外的区域，表面能并未发生改变，由于溶液中被激发的区域和被激发以外的区域的表面能并不相等，溶液便发生定向流动，进而带动微小物体发生定向移动。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中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。

图1为本申请实施例所提供的一种微小物体定向移动方法的流程图；

图2为本申请实施例所提供的另一种微小物体定向移动方法的流程图；

图3为本申请实施例所提供的另一种微小物体定向移动方法的流程图；

图4为激光照射溶液时微小物体发生定向移动的过程示意图。

图中，1.表面活性物质，2.溶液，3.被激发的表面活性物质，4.激光，5.微小物体。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在材料科学研究中，经常使用漂浮系统的二维结构来模拟许多三维材料原子结构与变形性质。比如通过颗粒漂浮系统，研究非晶合金、岩石等颗粒系统的原子结构与排布规律。通过颗粒漂浮系统的变形行为，研究玻璃态的流变和剪切现象。然而，在这些研究中，只能对漂浮系统进行宏观的变形，而难以对漂浮系统中某些局部进行复杂可控的定向牵引。

正如背景技术部分所述，在溶液中，微小物体处于漂浮或悬浮状态，位置无法固定，而精准抓取方法中任意一种方式都难以实现对微小物体的定向移动。

有鉴于此，本申请提供了一种微小物体定向移动方法，请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种微小物体定向移动方法的流程图，该方法包括：

步骤S101：将微小物体浮于溶液中，其中，所述溶液中溶解有表面活性物质。

需要指出的是，本实施例中对微小物体浮于溶液的具体状态不做限定，视情况而定。例如，微小物体可以漂浮在溶液的表面，或者微小物体悬浮在溶液中。

需要说明的是，本申请中的微小物体指长度在1mm以下的物体。本实施例中对微小物体种类不做具体限定，微小物体可以为微型芯片，或者细胞，或者颗粒材料等各种能够漂浮在溶液的表面或悬浮于溶液中的物体，或者经过表面疏水处理后能够漂浮在溶液的表面或悬浮于溶液中的物体。

具体的，在本申请的一个实施例中，对于不能自主地浮在溶液中的微小物体，在所述溶液中放置基板之前还包括：

对所述微小物体进行表面疏水处理。

需要说明的是，本实施例中对表面活性物质不做具体限定，只要满足经过照射表面能发生改变的物质即可满足要求。例如，表面活性物质可以为偶氮有机物(具有R─N＝N─R′形式分子结构，R、R′表示任一种官能团)等光照作用下产生自由基的物质，或者表面活性物质为过硫酸盐、杂环化合物、具有共轭π键的有机物等光照作用下分子结构发生改变的物质，或者表面活性物质为低浊点非离子表面活性剂等光照下溶解度发生改变的物质。

优选地，所述表面活性物质为下述任一种物质：

偶氮化合物、过硫酸盐、杂环化合物、具有共轭π键的有机物、低浊点非离子表面活性剂。

步骤S102：激发所述溶液中的所述表面活性物质，以便所述微小物体发生定向移动。

可以理解的是，激发表面活性物质的区域为可以引起微小物体发生定向移动的区域。

需要说明的是，本实施例中激发表面活性物质的方式不做具体限定，视情况而定。例如，可以选择利用电子束照射溶液中的表面活性物质，或者利用经过透镜聚集后的光束照射溶液中的表面活性物质。

本实施例所提供的微小物体定向移动方法，通过将微小物体浮于溶液中，其中，所述溶液中溶解有表面活性物质；激发所述溶液中的所述表面活性物质，以便所述微小物体发生定向移动。本实施例中将微小物体浮于溶有表面活性物质的溶液中，激发溶液中的表面活性物质，表面活性物质被激发后，导致表面能发生变化，而对于被激发以外的区域，表面能并未发生改变，由于溶液中被激发的区域和被激发以外的区域的表面能并不相等，溶液便发生定向流动，进而带动微小物体发生定向移动。

请参考图2，图2为本申请实施例所提供的另一种微小物体定向移动方法的流程图，在上述实施例的基础上，该方法包括：

步骤S201：将微小物体浮于溶液中，其中，所述溶液中溶解有表面活性物质。

步骤S202：激发所述溶液中的所述表面活性物质，以便所述微小物体发生定向移动。

步骤S203：当所述微小物体移动至目标位置，固定激发所述溶液的位置或者停止激发所述溶液。

需要指出的是，本实施例中对微小物体移动至目标位置的路线不做具体限定，视情况而定。

优选地，当溶液的布朗运动对微小物体的影响较大时，当微小物体移动至目标位置时，可选择固定激发溶液的位置；当溶液的布朗运动对微小物体的影响较小时，当微小物体移动至目标位置时，可选择停止激发溶液。

具体的，当微小物体移动至目标位置，固定激发溶液的位置，微小物体从目标位置继续移动至被激发位置的中心，即到达最终位置处；当微小物体移动至目标位置，停止激发溶液，微小物体即停在目标位置处。

请参考图3，图3为本申请实施例所提供的另一种微小物体定向移动方法的流程图，在上述实施例的基础上，该方法包括：

步骤S301：在溶液中放置基板，且微小物体的目标位置的投影位于所述基板的范围内。

步骤S302：将所述微小物体浮于所述溶液中，其中，所述溶液中溶解有表面活性物质。

步骤S303：激发所述溶液中的所述表面活性物质，以便所述微小物体发生定向移动。

步骤S304：当所述微小物体移动至所述目标位置，固定激发所述溶液的位置或者停止激发所述溶液。

步骤S305：通过所述基板上浮或者通过在所述溶液的底部抽离所述溶液，固定所述微小物体于所述基板的表面。

优选地，由于需要通过基板上浮或者从溶液底部抽离溶液的方式，使微小物体被基板接住后固定在基板的表面，当微小物体移动至目标位置，固定激发溶液的位置。

本实施例所提供的微小物体定向移动方法，在微小物体移动至目标位置后，可以将微小物体固定在基板上，从而将微小物体从溶液中取出。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，请参考图4，图4为激光照射溶液时微小物体发生定向移动的过程示意图。所述按照预设路线激发所述溶液中的表面活性物质包括：

利用激光，激发所述溶液中的所述表面活性物质。

需要说明的是，在图4中，表面活性物质均匀分布在溶液中，为了便于理解，只表示出位于溶液表面的表面活性物质。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，在所述利用激光，激发所述溶液中的所述表面活性物质之前还包括：

设置激光参数，其中，所述激光参数包括下述任意一种参数或者任意组合：

激光光斑图案、激光能量、激光数量、激光扫描方式。

本实施例所提供的微小物体定向移动方法，将微小物体浮于溶液中后，通过设置激光参数，如调整激光光斑图案、激光能量、激光数量、激光扫描方式等激光参数，可以使多个微小物体发生定向移动以及图案化排列。

下面以具体情况对微小物体的定向移动进行进一步阐述。

将微小芯片置于溶解有偶氮苯的溶液中，开启激光，对漂浮于溶液表面上的微小芯片的前方进行照射，偶氮苯溶液中位于激光束面积下的溶液表面能发生改变，溶液表面向激光束中心流动，牵引液面漂浮的微小芯片向激光束的中心移动。以1mm/s匀速平移激光束，牵引微小芯片定向移动，到达目标位置时停止激光束移动，此时即完成微小芯片的定向移动。

将微小芯片置于溶解有非离子聚丙烯酰胺溶液中，开启激光，对漂浮于溶液表面上的微小芯片的前方进行照射，聚丙烯酰胺溶液中位于激光束面积下的溶液表面能改变，溶液表面向激光束中心流动，牵引液面漂浮的微小芯片向激光束的中心移动。以5mm/s匀速平移激光束，牵引微小芯片定向移动，到达目标位置时停止激光束移动，此时即完成微小芯片的定向移动。

在溶解有非离子聚丙烯酰胺溶液中放置一基板，然后将多个微小芯片置于溶解有非离子聚丙烯酰胺溶液中，用阵列激光，对漂浮于溶液表面上的微小芯片的前方进行照射，聚丙烯酰胺溶液中位于激光束面积下的溶液表面能发生改变，溶液表面发生定向流动，牵引液面悬浮的多个微小芯片定向移动。在阵列激光作用下，微小芯片形成与阵列激光相同形状的阵列。之后溶液液面下降，使芯片落于基板上。此时即完成多个微小芯片的阵列排布与组装。

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它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本申请所提供的微小物体定向移动方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请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申请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，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种微小物体定向移动方法，其特征在于，包括：

将微小物体浮于溶液中，其中，所述溶液中溶解有表面活性物质；

激发所述溶液中的所述表面活性物质，以便所述微小物体发生定向移动。

2.如权利要求1所述的微小物体定向移动方法，其特征在于，所述表面活性物质为下述任一种物质：

偶氮化合物、过硫酸盐、杂环化合物、具有共轭π键的有机物、低浊点非离子表面活性剂。

3.如权利要求2所述的微小物体定向移动方法，其特征在于，所述微小物体发生定向移动之后还包括：

当所述微小物体移动至目标位置，固定激发所述溶液的位置或者停止激发所述溶液。

4.如权利要求3所述的微小物体定向移动方法，其特征在于，在所述将微小物体浮于溶液中之前还包括：

在所述溶液中放置基板，且所述目标位置的投影位于所述基板的范围内；

在所述固定激发所述溶液的位置或者停止激发所述溶液之后还包括：

通过所述基板上浮或者通过在所述溶液的底部抽离所述溶液，固定所述微小物体于所述基板的表面。

5.如权利要求4所述的微小物体定向移动方法，其特征在于，在所述溶液中放置基板之前还包括：

对所述微小物体进行表面疏水处理。

6.如权利要求1至5任一项所述的微小物体定向移动方法，其特征在于，所述激发所述溶液中的表面活性物质包括：

利用激光，激发所述溶液中的所述表面活性物质。

7.如权利要求6所述的微小物体定向移动方法，其特征在于，在所述利用激光，激发所述溶液中的所述表面活性物质之前还包括：

设置激光参数，其中，所述激光参数包括下述任意一种参数或者任意组合：

激光光斑图案、激光能量、激光数量、激光扫描方式。