CN113578406A - 液滴转移用微柱表面、微柱表面制备方法及液滴转移方法 - Google Patents

液滴转移用微柱表面、微柱表面制备方法及液滴转移方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种液滴转移用微柱表面，基底表面设有多个弹性微柱，各弹性微柱之间存在间隙，多个弹性微柱能够抓取液滴并在外加磁场作用下能够产生弹性变形释放液滴。在模板表面的多个微孔中采用加有磁性颗粒的可固化弹性材料浇注成形各弹性微柱，置于磁场中，在模板表面采用不含磁性颗粒的可固化弹性材料浇注成形基底；浇注材料固化后脱模，得到液滴转移用微柱表面。将各弹性微柱进行超疏水处理，得到超疏水液滴转移用微柱表面。移动磁场使超疏水弹性微柱不断变形，推动液滴水平运动。液滴转移用微柱表面倒置下移抓取液滴后移动至目标位置上方，调节磁场，释放液滴。本发明可实现液滴的可控快速转移，并且结构简单，制作方便，可转移液滴体积大。

Description

液滴转移用微柱表面、微柱表面制备方法及液滴转移方法
技术领域
本发明涉及液滴转移表面结构技术领域，特别是涉及一种液滴转移用微柱表面、微柱表面制备方法及液滴转移方法。
背景技术
液体定向调控研究在物理化学、生物医药等微流控领域具有重要意义。近年来对液体定向调控手段主要包括自身结构、化学梯度以及外部场控等方面，例如利用单一微多级结构(CN110052299A)以及单一浸润梯度表面(CN107482953A)可以实现液体的自发运输。另外化学梯度和表面结构的组合相对于其单一控制会更有利于液滴的运动，例如可利用超润湿梯度及自身结构(CN202010092291.7、CN110898865A、CN111359683A)。在外部场控作用下通过改变界面张力和基底结构来实现对液体的定向运输，例如在电场作用下实现液滴的定向运输(CN202020842231.8、CN202010425808.X)、磁性液滴调控(CN208944125U)、磁响应微阵列表面定向操控液滴(CN111292920A)、溶液电渗流循环往复定向运动(CN103071554A)以及光诱导液体移动(CN201911260601.5)等。
然而，现有发明对于实现液体定向输送速度慢、运输体积范围小且具有装置结构复杂、实时调控能力较弱等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种液滴转移用微柱表面、微柱表面制备方法及液滴转移方法，以解决上述现有技术存在的问题，可实现液滴的可控快速转移，并且结构简单，制作方便，可转移液滴体积大。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种液滴转移用微柱表面，包括基底，所述基底表面设有多个弹性微柱，各所述弹性微柱之间存在间隙，多个所述弹性微柱能够抓取液滴并在外加磁场作用下能够产生弹性变形释放液滴。
本发明还提供一种超疏水液滴转移用微柱表面，包括基底，所述基底表面设有多个弹性微柱，各所述弹性微柱之间存在间隙，各所述弹性微柱在外加磁场作用下能够产生弹性变形，各所述弹性微柱表面经过超疏水处理。
在上述液滴转移用微柱表面和超疏水液滴转移用微柱表面中，
优选的，多个所述弹性微柱阵列排布于所述基底表面。
优选的，所述弹性微柱内分布有多个磁性颗粒。
优选的，所述弹性微柱为聚二甲基硅氧烷制作而成。
优选的，所述磁性颗粒为羰基铁粉粒子。
本发明还提供一种以上所述的液滴转移用微柱表面的制备方法，包括以下步骤：
S1：在模板表面的多个微孔中采用加有磁性颗粒的可固化弹性材料浇注成形各弹性微柱，置于磁场中，在模板表面采用不含磁性颗粒的可固化弹性材料浇注成形基底；
S2：浇注材料固化后脱模，得到液滴转移用微柱表面。
本发明还提供一种以上所述的超疏水液滴转移用微柱表面的制备方法，包括以下步骤：
S1：在模板表面的多个微孔中采用加有磁性颗粒的可固化弹性材料浇注成形各弹性微柱，置于磁场中，在模板表面采用不含磁性颗粒的可固化弹性材料浇注成形基底；
S2：浇注材料固化后脱模，得到液滴转移用微柱表面；
S3：将S2中得到的液滴转移用微柱表面中的各弹性微柱进行超疏水处理，得到超疏水液滴转移用微柱表面。
本发明还提供一种基于以上所述的液滴转移用微柱表面的液滴转移方法，包括以下步骤：将所述液滴转移用微柱表面倒置下移接触液滴，通过多个所述弹性微柱将液滴抓取于所述液滴转移用微柱表面上，移动所述液滴转移用微柱表面至目标位置上方，调节所述磁场，将液滴释放至目标位置。
本发明还提供一种基于以上所述的超疏水液滴转移用微柱表面的液滴转移方法，包括以下步骤：将液滴置放于所述超疏水液滴转移用微柱表面上，移动磁场使磁场由置放液滴的初始位置向目标位置移动，在磁场作用下，与磁场移动路径对应的各所述弹性微柱随磁场的移动依次发生弹性变形，使液滴随依次变形的所述弹性微柱逐渐移动至目标位置。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的液滴转移用微柱表面、微柱表面制备方法及液滴转移方法，液滴转移用微柱表面包括基底和基底表面的多个弹性微柱，结构简单；制备时，在模板表面的多个微孔中采用加有磁性颗粒的可固化弹性材料浇注成形各弹性微柱，置于磁场中，然后在模板表面采用不含磁性颗粒的可固化弹性材料浇注成形基底，浇注材料固化后脱模，即可得到液滴转移用微柱表面，制作方便快捷；通过多个弹性微柱，可抓取较大体积的液体于液滴转移用微柱表面上，通过移动液滴转移用微柱表面实现液滴的转移，转移到目标位置后，通过调节磁场使液滴释放至目标位置，液滴的转移过程可通过磁场进行调控，转移速度快。
本发明提供的超疏水液滴转移用微柱表面、微柱表面制备方法及液滴转移方法，超疏水液滴转移用微柱表面包括基底和基底表面的多个弹性微柱，各弹性微柱表面经过超疏水处理，结构简单；制备时，在模板表面的多个微孔中采用加有磁性颗粒的可固化弹性材料浇注成形各弹性微柱，置于磁场中，然后在模板表面采用不含磁性颗粒的可固化弹性材料浇注成形基底，浇注材料固化后脱模，得到液滴转移用微柱表面，将液滴转移用微柱表面中的各弹性微柱进行超疏水处理，即可得到超疏水液滴转移用微柱表面，制作方便快捷；可将大体积的液滴置放于超疏水液滴转移用微柱表面上，移动磁场使磁场由置放液滴的初始位置向目标位置移动，在磁场作用下，与磁场移动路径对应的各弹性微柱随磁场的移动依次发生弹性变形，使液滴随依次变形的弹性微柱逐渐移动至目标位置，液滴的转移过程可通过磁场进行调控，转移速度快。
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为实施例一中的液滴转移用微柱表面的结构示意图；
图2为实施例一中的液滴转移用微柱表面的制备方法流程图；
图3为未掺有磁性粒子的弹性微柱的电镜图；
图4为实施例一中的掺有磁性粒子的弹性微柱的电镜图；
图5为实施例二中的掺有磁性粒子的弹性微柱的电镜图；
图6为液滴在实施例一中的液滴转移用微柱表面上的弹跳示意图；
图7为液滴在实施例二中的超疏水液滴转移用微柱表面上的弹跳示意图；
图8为采用实施例二中的超疏水液滴转移用微柱表面在水平方向转移液滴的示意图；
图9为采用实施例二中的超疏水液滴转移用微柱表面在水平方向转移液滴时磁场运动速度与液滴运动速度的关系图；
图10为实施例一中的液滴转移用微柱表面通过粘附力抓取和释放不同体积的液滴的光学照片图；
图11为利用实施例二中的超疏水液滴转移用微柱表面将不同颜色的微液滴输送到相对应的管道里的示意图；
图12为利用实施例一中的液滴转移用微柱表面抓取NaOH溶液，并释放与CuSO4溶液反应的示意图；
图中：100-液滴转移用微柱表面、1-基底、2-弹性微柱、3-模板、4-钢针、5-铷铁硼磁铁。
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。
本发明的目的是提供一种液滴转移用微柱表面、微柱表面制备方法及液滴转移方法，以解决现有技术存在的问题，可实现液滴的可控快速转移，并且结构简单，制作方便，可转移液滴体积大。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种液滴转移用微柱表面100，包括基底1，基底1表面设有多个弹性微柱2，各弹性微柱2之间存在间隙，多个弹性微柱2能够抓取液滴并在外加磁场作用下能够产生弹性变形释放液滴。
本实施例中在基底1表面设置多个弹性微柱2，结构简单，制作方便，各弹性微柱2表面未经超疏水处理，通过多个弹性微柱2，可将较大体积的液体抓取于液滴转移用微柱表面100上，通过移动液滴转移用微柱表面100实现液滴的转移，转移到目标位置上方后，通过调节磁场使抓取液滴的各弹性微柱2变形，降低其表面粘附力，将液滴释放至目标位置，液滴的转移过程可通过磁场进行调控，转移速度快。
本实施中，多个弹性微柱2阵列排布于基底1表面，其中，多个弹性微柱2呈矩形阵列设置，制作更加方便，转移液滴时更加稳定。
本实施中，弹性微柱2内分布有多个磁性颗粒，多个磁性颗粒均匀分布于弹性微柱2内，在磁场作用下，通过磁性颗粒可使弹性微柱2发生弹性变形，无磁场作用，弹性微柱2可以立即恢复至竖直状态。如图4所示为掺有磁性粒子的弹性微柱的电镜图。图3为未掺有磁性粒子的弹性微柱的电镜图。
本实施中，弹性微柱2为聚二甲基硅氧烷制作而成，但并不局限于聚二甲基硅氧烷(简称PDMS)，也可以选择其他弹性材料进行制作。
本实施中，磁性颗粒为羰基铁粉粒子，也可选择其他磁性颗粒。
如图2所示，以上所述的液滴转移用微柱表面100的制备方法，包括以下步骤：
S1：在模板3表面的多个微孔中采用加有磁性颗粒的可固化弹性材料浇注成形各弹性微柱2，置于磁场中，在模板3表面采用不含磁性颗粒的可固化弹性材料浇注成形基底1；
S2：浇注材料固化后脱模，得到液滴转移用微柱表面100。
其中，模板3可选用聚四氟乙烯板(PTFE)，将直径为250μm的钢针4固定在点胶机主轴上，通过点胶机带动钢针在聚四氟乙烯板上进行逐点制孔，得到模板3表面的多个微孔，其中制得的微孔为锥孔，锥孔的深度在1-3mm之间，多个锥孔呈矩形阵列排布，锥孔阵列的宽度优选为20mm，长度优选为20mm，锥孔间距d为0.75-1.5mm，将两种不同粘度的聚二甲基硅氧烷(PDMS)以质量比4:1混合(其中PDMS1的预聚物和固化剂的质量比为10:1，PDMS2的预聚物和固化剂的质量比为1:1)，将上述混合物与平均粒径3-5μm的羰基铁粉粒子按照质量比2:1混合均匀，抽真空处理后，浇注在带有锥孔阵列的聚四氟乙烯板上，并将聚四氟乙烯板置于长×宽×高＝50mm×50mm×20mm的铷铁硼磁铁5上5-15秒，然后再次抽真空处理60-120min，随后刮去表层多余的混合溶液，继续在表层浇注PDMS1预聚物和固化剂(质量比为10:1)的混合物；然后将上述聚四氟乙烯板置于恒温箱中在80℃下固化4-6小时，确保PDMS充分固化，然后，将模板3取出，置于-50℃的冰箱中，冷冻10分钟，之后取出，待模板3尚未完全恢复到常温时，进行脱模处理，即可得到液滴转移用微柱表面100。液滴转移用微柱表面100制备过程简单方便，所用材料绿色无污染，利用两种不同的PDMS，通过调节各种参比制备软弹性材料，使弹性微柱2结构在磁场作用下受力可以发生大的变形，以快速响应磁场的变化。
基于以上所述的液滴转移用微柱表面100的液滴转移方法，包括以下步骤：将液滴转移用微柱表面100倒置下移接触液滴，将液滴抓取于液滴转移用微柱表面100上，移动液滴转移用微柱表面100至目标位置上方，调节磁场，将液滴释放至目标位置。液滴的转移过程可通过磁场进行调控，转移速度快。在进行抓取液滴时，通过多个弹性微柱2接触液滴将液滴抓取，移动到目标位置上方后，再通过磁场作用，使抓取液滴的各弹性微柱2发生变形弯曲，降低其表面粘附力，将液滴释放。如图10所示为未经超疏水处理的液滴转移用微柱表面通过粘附力抓取和释放不同体积的液滴的光学照片图。如图12所示为利用未经超疏水处理的液滴转移用微柱表面抓取NaOH溶液，并释放与CuSO4溶液反应的示意图。
实施例二
本实施例提供一种超疏水液滴转移用微柱表面，与实施例一中液滴转移用微柱表面100的不同之处在于，各弹性微柱2表面经过超疏水处理。如图5所示为超疏水液滴转移用微柱表面中的掺有磁性粒子的弹性微柱的电镜图。图7为液滴在超疏水液滴转移用微柱表面上的弹跳示意图，图6为液滴在液滴转移用微柱表面上的弹跳示意图，结合图6和图7可以看出，液滴在超疏水液滴转移用微柱表面会产生弹跳效果，在未经超疏水处理的液滴转移用微柱表面上不会产生弹跳效果。
以上所述的超疏水液滴转移用微柱表面的制备方法，与实施例一中液滴转移用微柱表面100的制备方法的不同之处在于，还包括步骤S3：将S2中得到的液滴转移用微柱表面100中的各弹性微柱2进行超疏水处理，得到超疏水液滴转移用微柱表面。
其中，实施例一步骤S2得到液滴转移用微柱表面100后，将液滴转移用微柱表面100中的各弹性微柱2表面置于超疏水SiO2的正己烷溶液(SiO2与正己烷的质量比为0.01g:20g)中浸泡，进行超疏水处理5-15分钟后取出，室温下烘干即得到了超疏水液滴转移用微柱表面，制备过程简单方便。
基于以上所述的超疏水液滴转移用微柱表面的液滴转移方法，包括以下步骤：
将液滴置放于超疏水液滴转移用微柱表面上，移动磁场使磁场由置放液滴的初始位置向目标位置移动，在磁场作用下，与磁场移动路径对应的各弹性微柱随磁场的移动依次发生弹性变形，使液滴随依次变形的弹性微柱逐渐移动至目标位置。如图8所示为采用超疏水液滴转移用微柱表面在水平方向转移液滴的示意图，图中左侧一列为实物图，右侧一列为与各实物图对应的结构示意图。将磁铁至于超疏水液滴转移用微柱表面下并与液滴位置相对应，与磁场位置相对应的弹性微柱会发生弯曲变形，移动磁铁，弹性微柱随磁铁移动不断产生弯曲变形，弯曲变形的弹性微柱推动液滴与磁铁同向运动以转移液滴。如图9所示为采用超疏水液滴转移用微柱表面在水平方向转移液滴时磁场运动速度与液滴运动速度的关系图。如图11所示为利用超疏水液滴转移用微柱表面将不同颜色的微液滴转移到相对应的管道里的示意图，其中M表示液滴运动方向。
利用其表面超疏水性，可将大体积的液滴置放于超疏水液滴转移用微柱表面上，各弹性微柱的弯曲方向随着磁场方向的改变而快速变化，从而带动液滴也可以快速改变运输方向，以实现复杂路径的运输，通过移动磁场使磁场由置放液滴的初始位置向目标位置移动，在磁场作用下，与磁场移动路径对应的各弹性微柱随磁场的移动依次发生弹性变形，使液滴随依次变形的弹性微柱逐渐移动至目标位置，液滴的转移过程可通过磁场进行调控，转移速度快。
本发明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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种液滴转移用微柱表面，其特征在于：包括基底，所述基底表面设有多个弹性微柱，各所述弹性微柱之间存在间隙，多个所述弹性微柱能够抓取液滴并在外加磁场作用下能够产生弹性变形释放液滴。
2.一种超疏水液滴转移用微柱表面，其特征在于：包括基底，所述基底表面设有多个弹性微柱，各所述弹性微柱之间存在间隙，各所述弹性微柱在外加磁场作用下能够产生弹性变形，各所述弹性微柱表面经过超疏水处理。
3.根据权利要求1或2中所述的微柱表面，其特征在于：多个所述弹性微柱阵列排布于所述基底表面。
4.根据权利要求1或2中所述的微柱表面，其特征在于：所述弹性微柱内分布有多个磁性颗粒。
5.根据权利要求1或2中所述的微柱表面，其特征在于：所述弹性微柱为聚二甲基硅氧烷制作而成。
6.根据权利要求4中所述的微柱表面，其特征在于：所述磁性颗粒为羰基铁粉粒子。
7.一种液滴转移用微柱表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在模板表面的多个微孔中采用加有磁性颗粒的可固化弹性材料浇注成形各弹性微柱，置于磁场中，在模板表面采用不含磁性颗粒的可固化弹性材料浇注成形基底；
S2：浇注材料固化后脱模，得到液滴转移用微柱表面。
8.一种超疏水液滴转移用微柱表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在模板表面的多个微孔中采用加有磁性颗粒的可固化弹性材料浇注成形各弹性微柱，置于磁场中，在模板表面采用不含磁性颗粒的可固化弹性材料浇注成形基底；
S2：浇注材料固化后脱模，得到液滴转移用微柱表面；
S3：将S2中得到的液滴转移用微柱表面中的各弹性微柱进行超疏水处理，得到超疏水液滴转移用微柱表面。
9.一种基于权利要求1、3、4、5、6中任意一所述的液滴转移用微柱表面的液滴转移方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述液滴转移用微柱表面倒置下移接触液滴，通过多个所述弹性微柱将液滴抓取于所述液滴转移用微柱表面上，移动所述液滴转移用微柱表面至目标位置上方，调节磁场，将液滴释放至目标位置。
10.一种基于权利要求2～6中任意一所述的超疏水液滴转移用微柱表面的液滴转移方法，其特征在于，包括以下步骤：将液滴置放于所述超疏水液滴转移用微柱表面上，移动磁场使磁场由置放液滴的初始位置向目标位置移动，在磁场作用下，与磁场移动路径对应的各所述弹性微柱随磁场的移动依次发生弹性变形，使液滴随依次变形的所述弹性微柱逐渐移动至目标位置。
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