CN113908897A - 一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微流控技术领域，具体涉及一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控方法，本发明的磁激励实现液滴操控的微流控装置包括T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和磁铁。在超疏水表面放置液滴，然后在距离超疏水表面小于1cm处移动磁铁改变区域磁场分布，可以控制亲水性磁性微球驱动器与液滴接触，并实现对液滴的定点或定向等操控。本发明中的磁性微球可在微结构内部自由运动，运动阻力小，因而可以在低磁场下实现低粘附态‑高粘附态之间的快速实时转变，且由于磁场的存在，本发明的微流控装置对液滴的操控可以实现远程无污染控制，操控简单易行，并适用于不同种液滴，适用性强。

Description

一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控方法
技术领域
本发明属于微流控技术领域，具体涉及一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控方法。
背景技术
微流控系统(也称为芯片实验室)被广泛应用于小体积生物、化学样品的分析检测中，取代传统分析中使用的繁琐且昂贵的仪器设备。在芯片实验室使用过程中，需要对液滴进行多种基本操作，包括液滴形成、输运、分离、混合等。目前，基于介电润湿机制的数字微流控技术已经得到了广泛的应用，然而它只能用于操控高介电常数的液体，且操作电压高、电路系统较为复杂。近年来，磁激励微流控技术得到越来越多的关注，它具有远程控制、适用多种液滴、和生物医学技术相容性好等独特优点。因此，开发新型磁激励液滴操控技术，有望拓宽微流控技术在生物化学分析及微反应器等领域中的应用。
在开放型的微流控系统中，要求其表面对液滴具有低摩擦阻力，以便液滴运动。其中超疏水表面具有液体排斥功能，位于表面的水滴能自发收缩为球形，且具有大于150°的接触角，摩擦阻力极低，因而超疏水表面常被用作开放型微流控系统的基底材料。同时，为对超疏水表面液滴进行操控，传统方法一般是在液滴中添加磁性粒子并施加磁力，但该方法不仅会造成液滴的污染，而且后期还需要分离磁性粒子，造成操作成本提高。此外，虽然近些年来也涌现了多种不同的磁激励超疏水表面用于对其表面的非磁性液滴进行操控，然而这些表面均需要在强磁场条件下工作，不利于实际应用。
因此，需要一种低磁场条件、对不同种液滴适用性强、远程无污染控制、运动阻力小、操控简单易行的微流控装置，以解决上述问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种磁激励实现液滴操控的微流控装置，该装置包括T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和永磁铁，所述亲水性磁性微球驱动器位于超疏水表面的T形截面条状微结构内，通过在超疏水表面放置液滴，然后在距离超疏水表面小于1cm处移动永磁铁改变区域磁场分布，可以控制亲水性磁性微球驱动器与液滴接触，在低磁场下即能实现对液滴的定点或定向等操控。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
本发明提供了一种磁激励实现液滴操控的微流控装置，所述微流控装置包括T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和磁铁，所述T形截面条状微结构平行设置，所述T形截面条状微结构之间为条状通道，所述亲水性磁性微球驱动器位于超疏水表面T形截面条状微结构的条状通道内，并可在条状通道内移动，所述T形截面条状微结构的宽度为300-1500μm，距离为200-1400μm，条状通道的深度为300-2000μm。
用同样的方法，可以设计尺寸更小的结构，例如若干微米、几十微米到一两百微米。
优选地，所述磁铁的型号为钕铁硼强磁N35，大小为3-60mm，磁场强度为矫顽力868(KA/m)，剩磁1.17-1.23(T)。
本发明还提供了上述的磁激励实现液滴操控的微流控装置的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S1、制备T形截面条状微结构超疏水表面：首先通过微纳加工工艺制备具有T形截面条状微结构的样品，然后进行离子表面处理，并喷涂超疏水微纳米涂层，得到T形截面条状微结构超疏水表面；
S2、制备亲水性磁性微球驱动器：
S21、将PDMS前体和固化剂按10：1的质量比混合，再加入5μm的羟基铁粉，混合均匀后注入到水中，然后80℃加热固化2小时，并收集固化形成的微球，静置干燥；
S22、配置浓度为200mmol/L的三羟基氨基甲烷溶液，并用1mol/L的盐酸调节pH至8.5，再加入2mg/L的多巴胺,0.005mol/L的硫酸铜溶液和19.6×10-3mol/L的双氧水，混合均匀后将微球置于溶液中浸泡6-24h，最后收集得到亲水性磁性微球驱动器。
S3、放置亲水性磁性微球驱动器于超疏水表面微结构内：将步骤S1的T形截面条状微结构超疏水表面沿垂直于T形截面方向旋转90°，然后置于光学显微镜下聚焦其边缘截面，将步骤S2的亲水性磁性微球驱动器在显微镜下放置到条状通道中，最后通过永磁铁辅助亲水性磁性微球驱动器进入条状通道内部，即制得磁激励实现液滴操控的微流控装置。
优选地，T形截面条状微结构的制备方法包括光固化3D打印法(3DP)、分层实体制造法(LOM)、光刻法和粘连法。
进一步地，T形截面条状微结构的制备方法为分层实体制造法，具有包括以下步骤：
S1、制备分拆结构一：在玻璃片其中一面上涂覆一层100μm厚度的牺牲层材料，并在牺牲层上再涂覆100μm厚度的光刻胶，然后通过条状宽度为700μm，条状间距为500μm的铬掩膜版对光刻胶层进行紫外选择性曝光，经显影后得到分拆结构一；
S2、制备分拆结构二：取第二片相同大小的玻璃片，并在其一面上涂覆一层500μm厚度的光刻胶，然后通过条状宽度为400μm，条状间距为800μm的铬掩膜版对光刻胶层进行紫外选择性曝光，经显影后得到分拆结构二；
S3、分别对分拆结构一与分拆结构二的表面涂覆粘合剂，在微结构中心对齐的基础上经接触粘合得到目标微结构；
S3、将粘合后的产物用分拆结构一中牺牲层材料的溶剂进行浸泡，溶解牺牲层并脱离分拆结构一的玻璃片，得到位于第二片玻璃片表面上完整的T形截面条状微结构。
具体的，所述牺牲层材料包括但不限于明胶牺牲层材料、聚乙烯吡咯烷酮牺牲层材料、金牺牲层材料。
具体的，所述光刻胶包括但不限于NOA61紫外胶水光刻胶、SU8-2015光刻胶。
进一步地，T形截面条状微结构的制备方法为光固化3D打印法，具有包括以下步骤：
S1、使用CAD设计宽度为300-1500μm，距离为200-1400μm，通道深度为300-2000μm的T形截面条状微结构；
S2、将设计好的T形截面条状微结构使用ANYCUBIC Photon workshop进行切片；
S3、完成切片后，将405nm的树脂加入ANYCUBIC Photon Mono SE(工业级3D打印机)的料槽中，然后在避光环境中使用405nm的波长进行光固化，完成打印；
S4、将打印好的样品使用95％酒精清洗3-5分钟，干燥后使用紫外线固化灯固化3-10分钟，得到位于样品表面的T形截面条状微结构。
本发明旨在开发一种在低磁场下能发生润湿性转变的新型磁激励超疏水表面用于液滴操控。通过微纳加工工艺制备超疏水二维表面、并在二维表面内部引入磁性微球，获得一种表面局部形貌可调节的超疏水表面。该表面的工作原理为：位于二维表面内部的磁性微球可以在通道内腔自由运动，由于二维表面具有超疏水性(表面涂覆超疏水纳米涂层)，而微球具有亲水表层，当采用磁场把微球吸引到通道底部时，复合界面表现为低粘附态，而当微球被磁场吸至通道顶部时，复合界面产生亲水区，表现为高粘附态。因此，可以通过磁场控制微球在通道中的位置用以改变复合界面对液滴的粘附力。该磁激励表面通过两步法制备，其中超疏水二维表面可通过3D打印工艺加工并采用超疏水纳米涂层进行表面改性，磁性微球可以选择输运液滴。
具体的，所述树脂为通用树脂(MadeSolid，MakerJuice和Spot-A等)、硬性树脂(Tough Resin树脂材料等)、熔模铸造树脂(树脂材料CA等)、柔性树脂(制造商包括Formlabs、FSL3D、Spot-A、Carbon、塑成科技等)、弹性树脂(比如Formlabs的Flexible树脂)、高温树脂(氰酸酯树脂等)、生物相容性树脂(比如牙科SG材料)、陶瓷树脂以及日光树脂中的任意一种。
优选地，切片的参数为：层厚0.01-0.15mm,曝光时间1-8s，Z轴移动速度1mm/h-80mm/h,打印尺寸1mm×1mm×1mm-130mm×78mm×160mm，z轴精确度0.01mm，XY分辨率2560×1620(2K)。
优选地，所述超疏水微纳米涂层具有≥150°的接触角，≤10°的滚动角。
优选地，所述超疏水微纳米涂层包括但不限于ultra ever dry涂层、neverwet涂层和glaco涂层。
优选地，所述亲水性磁性微球驱动器还可以通过以下方法制备得到：将钢球加入到食人鱼溶液中浸泡10-60min，或相继用丙酮、乙醇和水超声15-20分钟，最后将钢球吸出烘干，即得亲水磁性微球。
具体的，所述食人鱼溶液为7g浓硫酸和3g 30％过氧化氢的混合物。
本发明还提供了一种通过磁激励实现液滴操控的微流控装置操控液滴定点放置或定向移动的方法，具体为：利用上述的磁激励实现液滴操控的微流控装置，在超疏水表面放置1-500μL的液滴，然后在距离超疏水表面1cm处移动永磁铁改变区域磁场分布，控制亲水性磁性微球驱动器离开条状微结构的条状通道底部到达顶部，使亲水性磁性微球驱动器与液滴接触，并进一步通过永磁铁控制亲水性磁性微球驱动器的移动，从而实现对液滴的操控，所述操控包括液滴转移、液滴定点放置、液滴定向移动或液滴混合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供一种磁激励实现液滴操控的微流控装置，所述微流控装置包括T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和磁铁，所述T形截面条状微结构之间为条状通道，所述亲水性磁性微球驱动器位于超疏水表面T形截面条状微结构的条状通道内。在超疏水表面放置液滴，然后在距离超疏水表面1cm处移动永磁铁改变区域磁场分布，可以控制亲水性磁性微球驱动器离开条状微结构的条状通道底部到达顶部，并与液滴接触，进一步通过永磁铁控制亲水性磁性微球驱动器的移动，从而实现对液滴的定点或定向等操控。与传统液滴操控方法相比，本发明中的磁性微球可在微结构内部自由运动，运动阻力小，因而可以在低磁场下实现低粘附态-高粘附态之间的快速实时转变，且由于磁场的存在，本发明的微流控装置对液滴的操控可以实现远程无污染控制，操控简单易行，并适用于不同种液滴，适用性强。
附图说明
图1为磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控方法的流程图；
图2为T形截面条状微结构超疏水表面的截面光学显微镜图；
图3为亲水性磁性微球驱动器的光学显微镜图；
图4为将亲水性磁性微球驱动器放置于T形截面条状微结构超疏水表面微结构内后的截面光学显微镜图；
图5为永磁铁控制亲水性磁性微球驱动器悬置于条状微结构顶部的光学显微镜图；
图6为永磁铁控制亲水性磁性微球驱动器驱动液滴定点放置于超疏水表面的光学显微镜图(液滴体积4μL)；
图7为永磁铁控制亲水性磁性微球驱动器驱动液滴定向移动的光学显微镜图(液滴体积4μL)。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为可通过常规的商业途径购买得到。
实施例1一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控液滴定点放置的方法
1、磁激励实现液滴操控的微流控装置的构建
该装置由T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和永磁铁构成，所述T形截面条状微结构平行设置，所述T形截面条状微结构之间为条状通道，所述亲水性磁性微球驱动器位于超疏水表面T形截面条状微结构的条状通道内，并可在条状通道内移动，所述T形截面条状微结构的宽度为300-1500μm，距离为200-1400μm，条状通道的深度为300-2000μm，所述永磁铁的型号为钕铁硼强磁N35，大小为3-60mm，磁场强度为矫顽力磁场强度为矫顽力868(KA/m)，剩磁1.17-1.23(T)。其构建流程如图1所示，具体构建方法包括以下步骤：
(1)制备T形截面条状微结构超疏水表面，具体如下：
a、制备分拆结构一：在26mm×76mm×1mm大小的玻璃片其中一面上通过旋涂的方法制备一层100μm厚度的明胶牺牲层材料，明胶由淘宝直接购买，溶于水中，形成质量分数为10％的明胶溶液，其中转速为低速500转10s、高速1500转20s，并在牺牲层上再旋涂100μm厚度的美国Norland NOA61紫外胶水光刻胶，其中转速低速500转10s、高速1500转20s，然后通过条状宽度为700μm，条状间距为500μm的铬掩膜版对光刻胶层进行紫外选择性曝光20s，波长为365nm，随即使用显影剂PMA(主要成分为丙二醇甲醚醋酸酯)显影2min，得到分拆结构一；
b、制备分拆结构二：取第二片26mm×76mm×1mm大小的玻璃片，并在其一面上旋涂一层500μm厚度的光刻胶，然后通过条状宽度为400μm，条状间距为800μm的铬掩膜版对光刻胶层进行紫外选择性曝光40s，随即使用丙二醇甲醚醋酸酯显影4min，得到分拆结构二；
c、分别对分拆结构一与分拆结构二的表面涂覆NOA61紫外胶水，通过舒安牌DM9便携显微镜进行微结构中心对齐，经接触粘合得到目标微结构；
d、将粘合后的产物用分拆结构一中牺牲层材料的溶剂去离子水进行浸泡，溶解牺牲层并脱离分拆结构一的玻璃片，得到位于第二片玻璃片表面上完整的T形截面条状微结构，微结构的宽度为400μm，条状间距为700μm，深度为1000μm；
e、将具有T形截面条状微结构的玻璃片置于O2等离子体刻蚀机中进行5min的离子表面处理(功率为30W，O2流量为15mtorr)，并使用瓶装喷剂从左往右均匀喷涂glaco(淘宝购买，品牌SOFT99，货号SF-04172)微纳米涂层(接触角≥150°，滚动角≤10°)，得到T形截面条状微结构超疏水表面。其截面结构如图2的截面光学显微镜图所示。
2、制备亲水性磁性微球驱动器，具体如下：
a、将1g PDMS前体(粘度为25-35cSt，分子量为117200，GEL-HMS-151-100G)和0.1g固化剂(粘度为500cSt，分子量为17200，GEL-DMS-V25-100G)按10：1的质量比混合，再加入5μm的羟基铁粉1g(PDMS前体与羟基铁粉质量比1:1)，混合均匀；
b、往9cm直径的玻璃培养皿中装满水，将a中的混合物通过注射器高压快速挤入到水中，然后置于烘箱中80℃加热固化2小时，最后通过镊子收集固化形成的微球，静置干燥；
c、亲水修饰微球：于200mL烧杯中配置浓度为200mmol/L的三羟基氨基甲烷溶液5g，并用1mol/L的盐酸调节pH至8.5，再加入2mg/L的多巴胺1g,0.005mol/L的硫酸铜溶液0.25g和19.6×10-3mol/L的双氧水0.45g，其中双氧水和硫酸铜作为催化剂，混合均匀后将微球置于溶液中浸泡6-24h，最后通过镊子收集得到亲水性磁性微球驱动器。其结构如图3的光学显微镜图所示，制得的亲水性磁性微球驱动器的直径为611.197微米。
3、放置亲水性磁性微球驱动器于超疏水表面微结构内，具体如下：
a、将T形截面条状微结构超疏水表面沿垂直于T形截面方向旋转90°，置于光学显微镜下聚焦其边缘截面；
b、将亲水性磁性微球驱动器通过镊子在显微镜下放置到条状通道中；
c、通过永磁铁辅助亲水性磁性微球驱动器进入条状通道内部。其结构如图4的截面光学显微镜图所示。
2、一种通过磁激励实现液滴操控的微流控装置操控液滴定点放置的方法
该操控液滴定点放置的方法具体为：利用步骤1所制得的磁激励实现液滴操控的微流控装置，在超疏水表面放置4μL去离子水液滴，然后在距离超疏水表面50cm处移动永磁铁改变区域磁场分布，控制亲水性磁性微球驱动器离开条状微结构的条状通道底部到达顶部(如图5所示)，使亲水性磁性微球驱动器与液滴接触，并通过永磁铁控制亲水性磁性微球驱动器使液滴移动至目标位置(如图6所示)。
实施例2一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控液滴定点放置的方法
1、磁激励实现液滴操控的微流控装置的构建
该装置由T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和永磁铁构成，具体结构同实施例1。其构建流程如图1所示，具体构建方法包括以下步骤：
(1)制备T形截面条状微结构超疏水表面，具体如下：
a、制备分拆结构一：在26mm×76mm×1mm大小的玻璃片其中一面上通过旋涂的方法制备一层100μm厚度的聚乙烯吡咯烷酮(锐竞购买，CAS号：9003-39-89003-39-8)牺牲层材料，其中转速为低速500转/分钟10s、高速1500转/分钟20s，并在牺牲层上再旋涂100μm厚度的SU8光刻胶-2015(锐竞购买，货号SU8-2015)光刻胶，其中转速为低速500转/分钟10s、高速1500转/分钟20s，然后通过条状宽度为700μm，条状间距为500μm的铬掩膜版对光刻胶层进行紫外选择性曝光10s，随即使用丙二醇甲醚醋酸酯显影2min，得到分拆结构一；
b、制备分拆结构二：取第二片26mm×76mm×1mm大小的玻璃片，并在其一面上旋涂一层500μm厚度的光刻胶，然后通过条状宽度为400μm，条状间距为800μm的铬掩膜版对光刻胶层进行紫外选择性曝光20s，随即使用丙二醇甲醚醋酸酯显影4min，得到分拆结构二；
c、分别对分拆结构一与分拆结构二的表面涂覆粘合剂，通过显微装置进行微结构中心对齐，经接触粘合得到目标微结构；
d、将粘合后的产物用分拆结构一中的牺牲层材料的溶剂去离子水进行浸泡，溶解牺牲层并脱离分拆结构一的玻璃片，得到位于第二片玻璃片表面上完整的T形截面条状微结构；
e、将具有T形截面条状微结构的玻璃片置于O2等离子体刻蚀机中进行5min的离子表面处理(功率为30W，O2流量为15mtorr)，并喷涂glaco微纳米涂层(接触角≥150°，滚动角≤10°)，得到微结构超疏水表面。
(2)制备亲水性磁性微球驱动器，具体制备方法同实施例1。
(3)放置亲水性磁性微球驱动器于超疏水表面微结构内，具体方法同实施例1。
2、一种通过磁激励实现液滴操控的微流控装置操控液滴定点放置的方法
该操控液滴定点放置的方法具体同实施例1。
实施例3一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控液滴定向移动的方法
1、磁激励实现液滴操控的微流控装置的构建
该装置由T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和永磁铁构成，具体结构同实施例1。其构建流程如图1所示，具体构建方法包括以下步骤：
(1)制备T形截面条状微结构超疏水表面，具体制备方法同实施例1。
(2)制备亲水性磁性微球驱动器，具体制备方法同实施例1。
(3)放置亲水性磁性微球驱动器于超疏水表面微结构内，具体方法同实施例1。
2、一种通过磁激励实现液滴操控的微流控装置操控液滴定向移动的方法
该操控液滴定点放置的方法具体为：利用步骤1所制得的磁激励实现液滴操控的微流控装置，在超疏水表面放置4μL去离子水液滴，然后在距离超疏水表面50cm处移动永磁铁改变区域磁场分布，控制亲水性磁性微球驱动器离开条状微结构的条状通道底部到达顶部(如图5所示)，使亲水性磁性微球驱动器与液滴接触，并以2mm/s的速度定向移动永磁铁，通过变磁场操控亲水性磁性微球驱动器驱动液滴定向向左/向右移动(如图7所示)。
实施例4一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控液滴定向移动的方法
1、磁激励实现液滴操控的微流控装置的构建
该装置由T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和永磁铁构成，具体结构同实施例1。其构建流程如图1所示，具体构建方法包括以下步骤：
(1)制备T形截面条状微结构超疏水表面，具体如下：
a、制备分拆结构一：在26mm×76mm×1mm大小的玻璃片其中一面上通过扫描电镜喷金的方法制备一层200nm厚度的金牺牲层材料，并在牺牲层上再旋涂100μm厚度的NOA061紫外胶水光刻胶，然后通过条状宽度为700μm，条状间距为500μm的铬掩膜版对光刻胶层进行紫外选择性曝光20s，随即使用丙二醇甲醚醋酸酯显影2min，得到分拆结构一；
b、制备分拆结构二：取第二片26mm×76mm×1mm大小的玻璃片，并在其一面上旋涂一层500μm厚度的光刻胶，然后通过条状宽度为400μm，条状间距为800μm的铬掩膜版对光刻胶层进行紫外选择性曝光40s，随即使用丙二醇甲醚醋酸酯显影4min，得到分拆结构二；
c、分别对分拆结构一与分拆结构二的表面涂覆粘合剂，通过显微装置进行微结构中心对齐，经接触粘合得到目标微结构；
d、将粘合后的产物用分拆结构一中的牺牲层材料的溶剂去离子水进行浸泡，溶解牺牲层并脱离分拆结构一的玻璃片，得到位于第二片玻璃片表面上完整的T形截面条状微结构；
e、将具有T形截面条状微结构的玻璃片置于O2等离子体刻蚀机中进行5min的离子表面处理(功率为30W，O2流量为15mtorr)，并喷涂glaco微纳米涂层(接触角≥150°，滚动角≤10°)，得到微结构超疏水表面。
(2)制备亲水性磁性微球驱动器，具体制备方法同实施例1。
(3)放置亲水性磁性微球驱动器于超疏水表面微结构内，具体方法同实施例1。
2、一通过磁激励实现液滴操控的微流控装置操控液滴定向移动的方法
该操控液滴定点放置的方法具体同实施例3。
实施例5一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控液滴定向移动的方法
1、磁激励实现液滴操控的微流控装置的构建
该装置由T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和永磁铁构成，具体结构同实施例1。其构建流程如图1所示，具体构建方法包括以下步骤：
(1)制备T形截面条状微结构超疏水表面，具体如下：
a、制备分拆结构一：在26mm×76mm×1mm大小的玻璃片其中一面上涂敷NOA061紫外胶水光刻胶，再取两片26mm×76mm×1mm大小的玻璃片和底部玻璃片粘合，带光刻胶那一面的两片玻璃片中间均匀隔放一个800μm的薄片用以固定，等粘合以后再将薄片取走，得到条状结构宽度为800μm通道，得到分拆结构一；
b、将分拆结构一的上表面(有通道的表面)粘合3M聚酰亚胺双面胶，通过显微装置进行微结构中心对齐，将100微米的聚酰亚胺胶带通过接触粘合得到条状宽度为400μm，条状间距为800μm目标微结构，得到完整的T形截面条状微结构；
c、将具有T形截面条状微结构的玻璃片置于O2等离子体刻蚀机中进行5min的离子表面处理(功率为30W，O2流量为15mtorr)，并喷涂glaco微纳米涂层(接触角≥150°，滚动角≤10°)，得到T形截面条状微结构超疏水表面。
(2)制备亲水性磁性微球驱动器，具体制备方法同实施例1。
(3)放置亲水性磁性微球驱动器于超疏水表面微结构内，具体方法同实施例1。
2、一种通过磁激励实现液滴操控的微流控装置操控液滴定向移动的方法
该操控液滴定点放置的方法具体同实施例3。
实施例6一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控液滴定向移动的方法
1、磁激励实现液滴操控的微流控装置的构建
该装置由T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和永磁铁构成，具体结构同实施例1。其构建流程如图1所示，具体构建方法包括以下步骤：
(1)制备T形截面条状微结构超疏水表面，具体制备方法同实施例1。
(2)制备亲水性磁性微球驱动器，具体如下：
选择粒径为450-650μm，且粒径均匀的304不锈钢球(0Cr19Ni9或0Cr18Ni9)，将10个钢球加入到食人鱼溶液(浓硫酸7g和30％过氧化氢3g的混合物)中浸泡10-60min，或先用20mL丙酮超声15分钟。然后用20mL无水乙醇超声15min，最后用20mL去离子水超声15分钟，最后使用磁铁将钢球吸出；最后将取出的钢球放于烘箱中，50℃烘30-60min，得到亲水磁性微球。
(3)放置亲水性磁性微球驱动器于超疏水表面微结构内，具体方法同实施例1。
2、一种通过磁激励实现液滴操控的微流控装置操控液滴定向移动的方法
该操控液滴定点放置的方法具体同实施例3。
实施例7一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控液滴定向移动的方法
1、磁激励实现液滴操控的微流控装置的构建
该装置由T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和永磁铁构成，具体结构同实施例1。其构建流程如图1所示，具体构建方法包括以下步骤：
(1)制备T形截面条状微结构超疏水表面，具体如下：
a、使用CAD设计一定的宽度、距离和通道深度(如下表1)的T形截面条状微结构；
b、将设计好的T形截面条状微结构使用ANYCUBIC Photon workshop进行切片，设置参数为：层厚0.05mm,曝光时间2s，Z轴移动速度80mm/h,打印尺寸130mm×78mm×160mm，z轴精确度0.01mm，XY分辨率2560×1620(2K)，设置以后，完成切片；
c、将405nm的普通刚性树脂(MadeSolid)加入ANYCUBIC Photon Mono SE的料槽中，料槽采用离型膜便于分离，在避光环境中使用405nm的波长进行光固化10min；
d、将打印好的样品使用95％酒精清洗3-5分钟，干燥，使用紫外线固化灯(功率5-7W，波长365-395n)固化3-10分钟，得到具有T形截面条状微结构的样品；
e、将具有T形截面条状微结构的玻璃片进行氧气离子表面处理，并使用瓶装喷剂从左往右均匀喷涂glaco微纳米涂层(接触角≥150°，滚动角≤10°)，得到微结构超疏水表面。
(2)制备亲水性磁性微球驱动器，具体方法同实施例6。
(3)放置亲水性磁性微球驱动器于超疏水表面微结构内，具体方法同实施例1。
2、一种通过磁激励实现液滴操控的微流控装置操控液滴定向移动的方法，
该操控液滴定点放置的方法具体同实施例3。
表1微结构超疏水表面的条状宽度、条状微结构距离(夹缝宽度)、通道深度、采用的磁性微球尺寸、所能操控的液滴的最大体积Vmax及最小体积Vmin
Figure BDA0003355830950000111
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁激励实现液滴操控的微流控装置，其特征在于，所述微流控装置包括T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和磁铁，所述T形截面条状微结构平行设置，所述T形截面条状微结构之间为条状通道，所述亲水性磁性微球驱动器位于超疏水表面T形截面条状微结构的条状通道内，并可在条状通道内移动，所述T形截面条状微结构的宽度为300-1500μm，距离为200-1400μm，条状通道的深度为300-2000μm。
2.根据权利要求1所述的一种磁激励实现液滴操控的微流控装置，其特征在于，所述磁铁的型号为钕铁硼强磁N35，大小为3-60mm，磁场强度为矫顽力868(KA/m)，剩磁1.17-1.23(T)。
3.权利要求1或2所述的磁激励实现液滴操控的微流控装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备T形截面条状微结构超疏水表面：首先制备具有T形截面条状微结构的样品，然后进行离子表面处理，并喷涂超疏水微纳米涂层，得到T形截面条状微结构超疏水表面；
S2、制备亲水性磁性微球驱动器：
S21、将PDMS前体和固化剂按10：1的质量比混合，再加入5μm的羟基铁粉，混合均匀后注入到水中，然后80℃加热固化2小时，并收集固化形成的微球，静置干燥；
S22、配置浓度为200mmol/L的三羟基氨基甲烷溶液，并用1mol/L的盐酸调节pH至8.5，再加入2mg/L的多巴胺,0.005mol/L的硫酸铜溶液和19.6×10-3mol/L的双氧水，混合均匀后将微球置于溶液中浸泡6-24h，最后收集得到亲水性磁性微球驱动器；
S3、放置亲水性磁性微球驱动器于超疏水表面微结构内：将步骤S1的T形截面条状微结构超疏水表面沿垂直于T形截面方向旋转90°，然后置于光学显微镜下聚焦其边缘截面，将步骤S2的亲水性磁性微球驱动器在显微镜下放置到条状通道中，最后通过永磁铁辅助亲水性磁性微球驱动器进入条状通道内部，即制得磁激励实现液滴操控的微流控装置。
4.根据权利要求3所述的磁激励实现液滴操控的微流控装置的制备方法，其特征在于，T形截面条状微结构的制备方法包括光固化3D打印法、分层实体制造法、光刻法和粘连法。
5.根据权利要求4所述的磁激励实现液滴操控的微流控装置的制备方法，其特征在于，T形截面条状微结构的制备方法为分层实体制造法，具有包括以下步骤：
S1、制备分拆结构一：在玻璃片其中一面上涂覆一层100μm厚度的牺牲层材料，并在牺牲层上再涂覆100μm厚度的光刻胶，然后通过条状宽度为700μm，条状间距为500μm的铬掩膜版对光刻胶层进行紫外选择性曝光，经显影后得到分拆结构一；
S2、制备分拆结构二：取第二片相同大小的玻璃片，并在其一面上涂覆一层500μm厚度的光刻胶，然后通过条状宽度为400μm，条状间距为800μm的铬掩膜版对光刻胶层进行紫外选择性曝光，经显影后得到分拆结构二；
S3、分别对分拆结构一与分拆结构二的表面涂覆粘合剂，在微结构中心对齐的基础上经接触粘合得到目标微结构；
S3、将粘合后的产物用分拆结构一中牺牲层材料的溶剂进行浸泡，溶解牺牲层并脱离分拆结构一的玻璃片，得到位于第二片玻璃片表面上完整的T形截面条状微结构。
6.根据权利要求4所述的磁激励实现液滴操控的微流控装置的制备方法，其特征在于，T形截面条状微结构的制备方法为光固化3D打印法，具有包括以下步骤：
S1、使用CAD设计宽度为300-1500μm，距离为200-1400μm，通道深度为300-2000μm的T形截面条状微结构；
S2、将设计好的T形截面条状微结构使用ANYCUBIC Photon workshop进行切片；
S3、完成切片后，将405nm的树脂加入ANYCUBIC Photon Mono SE的料槽中，然后在避光环境中使用405nm的波长进行光固化，完成打印；
S4、将打印好的样品使用95％酒精清洗3-5分钟，干燥后使用紫外线固化灯固化3-10分钟，得到位于样品表面的T形截面条状微结构。
7.根据权利要求6所述的磁激励实现液滴操控的微流控装置的制备方法，其特征在于，切片的参数为：层厚0.01-0.15mm,曝光时间1-8s，Z轴移动速度1mm/h-80mm/h,打印尺寸1mm×1mm×1mm-130mm×78mm×160mm，z轴精确度0.01mm，XY分辨率2560×1620(2K)。
8.根据权利要求3所述的磁激励实现液滴操控的微流控装置的制备方法，其特征在于，所述超疏水微纳米涂层具有≥150°的接触角，≤10°的滚动角。
9.根据权利要求3所述的磁激励实现液滴操控的微流控装置的制备方法，其特征在于，所述亲水性磁性微球驱动器还可以通过以下方法制备得到：将钢球加入到食人鱼溶液中浸泡10-60min，或相继用丙酮、乙醇和水超声15-20分钟，最后将钢球吸出烘干，即得亲水磁性微球。
10.一种通过磁激励实现液滴操控的微流控装置操控液滴定点放置或定向移动的方法，其特征在于，利用权利要求1或2所述的磁激励实现液滴操控的微流控装置，在超疏水表面放置1-500μL的液滴，然后在距离超疏水表面1-100cm处移动永磁铁改变区域磁场分布，控制亲水性磁性微球驱动器离开条状微结构的条状通道底部到达顶部，使亲水性磁性微球驱动器与液滴接触，并进一步通过永磁铁控制亲水性磁性微球驱动器的移动，从而实现对液滴的操控，所述操控包括液滴转移、液滴定点放置、液滴定向移动或液滴混合。
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