CN114682163B - 用于生物相容性液滴的输送装置、制造方法及其输送方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了用于生物相容性液滴的输送装置，包括基膜以及振动台，基膜设置在振动台上，振动台对基膜施加垂直振动，使位于基膜上的液滴在垂直方向上呈周期性振动，经历周期性的润湿和去润湿过程，基膜上设置有若干道圆弧，若干道圆弧呈直线阵列分布，形成各向异性的棘轮阵列，使位于棘轮阵列上的液滴受到各向的阻力呈不对称性；圆弧的沟槽内填充有润滑油；本发明的有益效果：基膜上设置若干道直线阵列分布的圆弧，形成各向异性的棘轮阵列，使液滴受到各向的阻力呈不对称性；振动台使液滴做垂直振动，施加各向同性的驱动力，不断的进行润湿与去润湿状态，并且在不同状态的切换下因受到的作用力的总和不等于零，不断向合力的方向运动，从而实现液滴的运输。
Description
技术领域
本发明涉及液滴输送技术领域，尤其涉及用于生物相容性液滴的输送装置、制造方法及其输送方法。
背景技术
液滴在界面上的智能传输在生物医学检测、化学微反应和液滴微流体等众多应用中扮演着重要的角色。以往的液滴输送策略可以分为两类：无外部能量输入的被动控制和有外部能量输入的主动方式。
被动策略包括单一表面化学梯度、地形坡度，然而这些策略存在着严重的固有局限性，如传输距离短、传输速度慢、容量范围有限等，极大地阻碍了它们的实际应用。
为了实现液滴的按需传输高度可控，人们广泛报道了具有外部能量输入的主动策略，包括电(例如，电润湿)，磁(例如，磁性液滴或磁性微织构)，光(例如，光热转化，光诱导表面改性，光致变形聚合物)，以及热(例如，蒸发梯度和莱登弗罗斯特效应)场。与其他方式相比，机械振动具有坚固耐用、无交叉污染等广泛优点。Duncombe等人通过光刻在硅晶片表面加工了棘轮阵列在垂直振动下可以实现液滴运输。虽然硅晶片制备的棘轮阵列可以实现液滴运输，但是仍然受到加工工艺的固有限制而且没有生物相容性液滴的运输报道。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了用于生物相容性液滴的输送装置、制造方法及其输送方法。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
用于生物相容性液滴的输送装置，包括基膜以及振动台，所述基膜设置在振动台上，所述振动台对基膜施加垂直振动，使位于基膜上的液滴在垂直方向上呈周期性振动，经历周期性的润湿和去润湿过程，所述基膜上设置有若干道圆弧，若干道所述圆弧呈直线阵列分布，形成各向异性的棘轮阵列，使位于棘轮阵列上的液滴受到各向的阻力呈不对称性；所述圆弧的沟槽内填充有润滑油。
作为上述技术方案的改进，所述圆弧的半径为2mm，深度为190μm，相邻的两个圆弧之间的间距为160μm。
作为上述技术方案的改进，所述基膜采用聚二甲基硅氧烷膜。
作为上述技术方案的改进，所述润滑油采用粘度为10cst的硅油。
用于生物相容性液滴的输送装置的制备方法，用于制备上述用于生物相容性液滴的输送装置，包括以下步骤：
S1基膜制备
1.1将交联剂和预聚物以1:12的比例混合，得到混合物；
1.2脱气10min；
1.3将混合物沉积在置于旋涂机上的载玻片上后旋涂；旋涂机的转速为200～1000rpm，旋涂时间为0～10min；
1.4加热板上在65℃下固化2小时，形成一块平坦且均匀的500μm厚度的PDMS薄膜；
1.5将PDMS薄膜切割成若干个不同尺寸的片，用于圆弧加工；
S2圆弧加工
2.1用去离子水对PDMS薄膜进行超声清洗；
2.2对PDMS薄膜进行飞秒激光直写，薄膜表面形成直线阵列分布的圆弧；飞秒激光直写的扫描参数为：扫描次数：3-7次，激光功率：350-450mw，扫描速度：2mm/s；
S3涂润滑油
使用移液器将粘度为10cst的硅油注入加工得到的圆弧阵列沟槽表面，再将载玻片置于匀胶旋涂仪上，设置旋转参数为：转速500rpm，时间4min，旋转完成使硅油均匀涂满圆弧沟槽；
S4振动
将S3中加工好的PDMS薄膜放置在振动台上，对振动台输入正弦信号，使振动台对PDMS薄膜施加垂直振动。
作为上述技术方案的改进，飞秒激光的扫描参数设置为：激光功率500mw、扫描次数4次、扫描速度2mm/s。
液滴的输送方法，利用上述用于生物相容性液滴的输送装置进行液滴输送；
S1将液滴滴至PDMS薄膜上的棘轮阵列中，使液滴在PDMS薄膜上受到各方向的阻力呈各向异性；
S2通过信号发生器对振动台施加正弦信号，使振动台带动PDMS薄膜上进行垂直振动，使液滴受到各向同性的驱动力；各向异性的阻力与各向同性的驱动力的合力不等于零，使液滴受到向合力方向的作用力，使其向合力方向运动；
S3通过调整信号发生器对振动台施加的正弦信号，能够调整振动台带动PDMS薄膜振动的频率以及振幅，控制对不同体积的液滴的输送速度。
作为上述技术方案的改进，液滴的体积范围设置在2-15μL，振动幅度设置在3-9.3Vpp，振动频率设置在37-58Hz。
作为上述技术方案的改进，液滴的体积范围设置在10μL，振动幅度设置在7Vpp，振动频率设置在50Hz。
上述液滴的输送方法在化学微反应以及PH检测中的应用。
本发明的有益效果：通过在基膜上设置若干道直线阵列分布的圆弧，形成各向异性的棘轮阵列，使位于棘轮阵列上的液滴受到各向的阻力呈不对称性；通过振动台使基膜上的液滴做垂直振动，施加各向同性的驱动力，不断的进行润湿与去润湿状态，并且在不同状态的切换下因受到的作用力的总和不等于零，不断向合力的方向运动，从而实现液滴的运输。
附图说明
图1为本发明实施例1所述用于生物相容性液滴的输送装置的结构示意图；
图2为上述不同扫描次数下PDMS材料上的激光扫描侧视电镜图；
图3为上述不同扫描次数下PDMS材料上的激光扫描俯视电镜图；
图4为重复扫描次数和凹槽深度、凹槽宽度以及脊宽度的关系图；
图5为不同激光功率下PDMS材料上的激光扫描侧视电镜图；
图6为不同激光功率下PDMS材料上的激光扫描俯视电镜图；
图7为激光功率和凹槽深度、凹槽宽度以及脊宽度的关系图；
图8为振动频率对液滴运输体积范围的影响；
图9为振幅对液滴运输体积范围的影响；
图10为振动频率对运输速度的影响；
图11为振动幅值对运输速度的影响；
图12为不同体积液滴的运输速度；
图13为CuSO4溶液和NaHCO3溶液化学微反应；
图14为HCl溶液和NaHCO3溶液化学微反应；
图15为碱性溶液的PH检测；
图16为酸性溶液的PH检测；
图17为由垂直振动驱动的光滑直沟槽圆弧阵列上定向液滴传输的力学机制；
1、基膜；2、圆弧。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面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作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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
实施例1
如图1所示，本实施例所述用于生物相容性液滴的输送装置，包括基膜1以及振动台，所述基膜1设置在振动台上，所述振动台对基膜1施加垂直振动，使位于基膜1上的液滴在垂直方向上呈周期性振动，经历周期性的润湿和去润湿过程，所述基膜1上设置有若干道圆弧2，若干道所述圆弧2呈直线阵列分布，形成各向异性的棘轮阵列，使位于棘轮阵列上的液滴受到各向的阻力呈不对称性；所述圆弧2的沟槽内填充有润滑油。
所述圆弧2的半径为2mm，深度为190μm，相邻的两个圆弧2之间的间距为160μm。
所述基膜1采用聚二甲基硅氧烷膜；聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜由于柔性良好、易于加工等优点在材料加工领域得到大量使用，因此选用PDMS膜作为实验加工的基底材料。
所述润滑油采用粘度为10cst的硅油。
垂直振动引起的液滴运动可以认为是垂直振动引起的驱动力与非对称光滑直沟槽弧形阵列引起的各向异性阻力的共同作用。实际上，在没有纹理的光滑的基底上的液滴可以在垂直方向上呈现周期性振动趋势。并且液滴经历了周期性的润湿和去润湿过程，即三相接触线的前缘和后缘沿润湿和去湿的方向周期性地移动。三相接触线的这种局部和周期性运动导致液滴传输的近乎各向同性的驱动力(Fdriven1和Fdriven2)。定向液滴传输的另一个关键要素是引入各向异性阻力来纠正周期性液滴运动。我们设计并制造了光滑的直沟槽弧形阵列作为不对称阻力的起源，凹槽阵列的弧形可能导致液滴和纹理化基材之间接触线的长度差异。在润湿状态下，作用在接触线后缘的阻力比前缘上的阻力略大(Fresist1>Fresist2)，纹理对接触线的运动影响较小。然而，当液滴开始经历去润湿状态时，各向异性纹理基底开始起作用，因为去润湿对基底纹理比润湿更敏感。由此产生的不对称阻力(Fresist3<Fresist4)作用在三相接触线的前沿和后退边缘上，纠正了接触线的周期性运动。因此，当对SSGAA施加垂直振动时，在各向同性驱动力和各向异性阻力的协同作用下，可以获得单个周期内的净液滴位移。
图17为由垂直振动驱动的光滑直沟槽圆弧阵列上定向液滴传输的力学机制
控制液滴能否被成功驱动的驱动力和阻力有五种情况：
(1)当Fresist1>Fresist2>Fdriven1和Fresist4>Fresist3>Fdriven2时，液滴只能在原来的位置振动，不能运输。
(2)当Fresist1>Fdriven1>Fresist2时，液滴前接触线的驱动力大于阻力，前接触线会向前移动，后接触线的阻力大于驱动力，并且后接触线保持不变。
(3)当Fdriven1>Fresist1>Fresist2时，前接触线处液滴的驱动力大于阻力，前接触线会向前移动，后接触线的驱动力大于阻力，并且后接触线向后移动。但前向位移大于后向位移，净位移为正。
(4)当Fresist4>Fdriven2>Fresist3时，液滴前接触线的阻力大于驱动力，前接触线保持不变，后接触线的驱动力大于阻力，后方接触线将向前移动。
(5)当Fdriven2>Fresist4>Fresist3时，前接触线的驱动力大于阻力，前接触线向后移动，后接触线的驱动力大于阻力，后接触线会前进。但前向位移大于后向位移，净位移为正。力学分析表明，当驱动力大于任一端接触线的阻力时，液滴可以向前移动，所以降低液滴运输过程中的阻力显得尤为重要。因此我们引入了润滑油注入(SLIPS)技术降低液滴运输过程中的阻力。
实施例2
用于生物相容性液滴的输送装置的制备方法，用于制备实施例1中用于生物相容性液滴的输送装置，包括以下步骤：
S1基膜制备
1.1将交联剂和预聚物以1:12的比例混合，得到混合物；
1.2脱气10min；
1.3将混合物沉积在置于旋涂机上的载玻片上后旋涂；旋涂机的转速为200～1000rpm，旋涂时间为0～10min；
1.4加热板上在65℃下固化2小时，形成一块平坦且均匀的500μm厚度的PDMS薄膜；
1.5将PDMS薄膜切割成若干个不同尺寸的片，用于圆弧加工；
S2圆弧加工
2.1用去离子水对PDMS薄膜进行超声清洗；
2.2对PDMS薄膜进行飞秒激光直写，薄膜表面形成直线阵列分布的圆弧；飞秒激光直写的扫描参数为：扫描次数：3-7次，激光功率：350-450mw，扫描速度：2mm/s；
PDMS薄膜首先用去离子水超声清洗10分钟。然后，蓝宝石飞秒激光系统(SolsticeAce，Spectra-Physics，美国)的飞秒激光(脉冲宽度：100fs；重复率：1kHz；中心波长：800nm)被透镜(f～30mm)聚焦在高速运动台上，可以沿X/Y坐标方向扫描。接着在打标软件上导入单个圆弧的半径为2mm，圆弧阵列周期宽度为160μm的圆弧阵列图形，然后将扫描参数设置为：激光功率500mw、扫描次数7次、扫描速度2mm/s。将已经制备好的PDMS放在载玻片上置于加工台上，经过激光加工即可得到具有圆弧阵列凹槽的结构。
然后将扫描参数设置为：激光功率500mw、扫描次数7次、扫描速度2mm/s。将已经制备好的PDMS放在载玻片上置于加工台上，经过激光加工即可得到具有圆弧阵列凹槽的结构。结构的凹槽深度约为346μm，凹槽宽度约为50μm和脊宽度约为102μm。
然后将扫描参数设置为：激光功率500mw、扫描次数6次、扫描速度2mm/s。将已经制备好的PDMS放在载玻片上置于加工台上，经过激光加工即可得到具有圆弧阵列凹槽的结构。结构的凹槽深度约为287μm，凹槽宽度约为46μm和脊宽度约为102μm。
然后将扫描参数设置为：激光功率500mw、扫描次数5次、扫描速度2mm/s。将已经制备好的PDMS放在载玻片上置于加工台上，经过激光加工即可得到具有圆弧阵列凹槽的结构。结构的凹槽深度约为253μm，凹槽宽度约为52μm和脊宽度约为99μm。
然后将扫描参数设置为：激光功率500mw、扫描次数4次、扫描速度2mm/s。将已经制备好的PDMS放在载玻片上置于加工台上，经过激光加工即可得到具有圆弧阵列凹槽的结构。结构的凹槽深度约为191μm，凹槽宽度约为49μm和脊宽度约为98μm。
然后将扫描参数设置为：激光功率500mw、扫描次数3次、扫描速度2mm/s。将已经制备好的PDMS放在载玻片上置于加工台上，经过激光加工即可得到具有圆弧阵列凹槽的结构。结构的凹槽深度约为156μm，凹槽宽度约为47μm和脊宽度约为101μm。
图2为上述不同扫描次数下PDMS材料上的激光扫描侧视电镜图。a-e分别为扫描次数为3、4、5、6、7次时，在PDMS基底上扫描的侧视电镜图。激光功率为500mw，标尺为100μm。
图3为上述不同扫描次数下PDMS材料上的激光扫描俯视电镜图。a-e分别为扫描次数为3、4、5、6、7次时，在PDMS基底上扫描的俯视电镜图。激光功率为500mw，标尺为100μm。
图4为重复扫描次数和凹槽深度、凹槽宽度以及脊宽度的关系图
然后将扫描参数设置为：扫描次数4次、激光功率350mw、扫描速度2mm/s。将已经制备好的PDMS放在载玻片上置于加工台上，经过激光加工即可得到具有圆弧阵列凹槽的结构。结构的凹槽深度约为132μm，凹槽宽度约为65μm和脊宽度约为89μm。
然后将扫描参数设置为：扫描次数4次、激光功率400mw、扫描速度2mm/s。将已经制备好的PDMS放在载玻片上置于加工台上，经过激光加工即可得到具有圆弧阵列凹槽的结构。结构的凹槽深度约为142μm，凹槽宽度约为66μm和脊宽度约为86μm。
然后将扫描参数设置为：扫描次数4次、激光功率450mw、扫描速度2mm/s。将已经制备好的PDMS放在载玻片上置于加工台上，经过激光加工即可得到具有圆弧阵列凹槽的结构。结构的凹槽深度约为175μm，凹槽宽度约为67μm和脊宽度约为82μm。
图5为不同激光功率下PDMS材料上的激光扫描侧视电镜图。a-c为激光功率为350、400、450mw时，在PDMS基底上扫描的侧视电镜图。重复扫描次数为4次，标尺为100μm。
图6为不同激光功率下PDMS材料上的激光扫描俯视电镜图。a-c为激光功率为350、400、450mw时，在PDMS基底上扫描的俯视电镜图。重复扫描次数为4次，标尺为100μm。
图7为激光功率和凹槽深度、凹槽宽度以及脊宽度的关系图。
沟槽过深液滴与单个沟槽接触面过大，液滴运输的阻力过大，沟槽过浅液滴与结构接触不充分，沟槽过宽液滴所能接触的沟槽总数减少，沟槽过窄不利于液滴与沟槽内部结构接触，最终选择激光功率500mw、扫描次数4次、扫描速度2mm/s。
S3涂润滑油
使用移液器将粘度为10cst的硅油注入加工得到的圆弧阵列沟槽表面，再将载玻片置于匀胶旋涂仪上，旋涂时间过长，表面油膜过少，很难起到润滑作用，旋涂时间过短，表面油膜过厚，液滴很难接触到沟槽结构，设置旋转参数为：转速500rpm，时间4min，旋转完成使硅油均匀涂满圆弧沟槽；
S4振动
将S3中加工好的PDMS薄膜放置在振动台上，对振动台输入正弦信号，使振动台对PDMS薄膜施加垂直振动。
实施例3
液滴的输送方法，利用实施例1中的用于生物相容性液滴的输送装置进行液滴输送；
S1将液滴滴至PDMS薄膜上的棘轮阵列中，使液滴在PDMS薄膜上受到各方向的阻力呈各向异性；
S2通过信号发生器对振动台施加正弦信号，使振动台带动PDMS薄膜上进行垂直振动，使液滴受到各向同性的驱动力；各向异性的阻力与各向同性的驱动力的合力不等于零，使液滴受到向合力方向的作用力，使其向合力方向运动；
S3通过调整信号发生器对振动台施加的正弦信号，能够振动台带动PDMS薄膜振动的频率以及振幅，控制对不同体积的液滴的输送速度。
液滴的体积范围设置在2-15μL，振动幅度设置在3-9.3Vpp，振动频率设置在37-58Hz。
液滴的体积范围设置在10μL，振动幅度设置在7Vpp，振动频率设置在50Hz。
液滴运输的体积范围和速度是液滴运输性能的重要体现，为了实现对液滴传输的精确控制，我们研究了振动频率和振幅与传输体积范围和速度之间的关系。
图8为振动频率对液滴运输体积范围的影响。
我们选用了水、葡萄糖溶液和生理盐水等典型的生物相容性液滴进行了运输范围的实验，首先我们研究了振动频率对液滴运输体积范围的影响，首先将SSGAA置于振动台上，使用注射器将液滴滴在SSGAA表面，振动台连接信号发生器，信号发生器施加正弦信号SSGAA即可处于垂直振动条件，我们将振动幅值固定在7.3Vpp，然后改变振动频率，分别测量水、葡萄糖溶液和生理盐水得到液滴体积的运输范围，如图8显示了水、葡萄糖溶液和生理盐水的运输体积范围在7.3Vpp固定振幅下随着振动频率(36～64Hz)的增加先增加，然后减小直到不能被运输，运输体积范围呈现先增后减的趋势，最大运输体积范围高达9μL。
图9为振幅对液滴运输体积范围的影响。
然后我们研究了振动幅值对液滴运输体积范围的影响，我们将振动频率固定在56Hz，然后改变振动幅值，分别测量水、葡萄糖溶液和生理盐水得到液滴体积的运输范围。如图9显示了水、葡萄糖溶液和生理盐水的运输体积范围在56Hz的固定振动频率下随着振幅(2.4～10.5Vpp)的增加先增加后减小，直到不能被运输，运输体积范围呈现先增后减的趋势，运输体积范围最大高达10μL。最佳振动频率和振幅的存在使我们能够通过人为调控在最大体积范围内传输液滴。
图10为振动频率对运输速度的影响。
我们进一步研究了振动频率对液滴运输速度的影响，首先将SSGAA置于振动台上，使用注射器将10μL水滴滴在SSGAA表面，振动台连接信号发生器，信号发生器施加正弦信号SSGAA即可处于垂直振动条件，我们将振动幅值固定在7Vpp，然后改变振动频率，分别测量得到液滴的运输速度。如图10所示，在7Vpp的固定振幅下，水滴的运输速度(0～11.25mm/s)随着频率的增加(37～58Hz)先增加后减小，直至无法运输，呈现稳定上升然后下降的趋势。
图11为振动幅值对运输速度的影响。
然后我们研究了振动幅值对液滴运输速度的影响，我们将振动频率固定在50Hz，然后改变振动幅值，使用注射器将10μL水滴滴在SSGAA表面，分别测量得到10μL水滴的运输速度，如图11所示，在50Hz固定振动频率下，随着振幅(3～9.3Vpp)的增加，液滴运输速度(0～14.69mm/s)不断增加，随着幅值增加到一定程度，振动幅值过大时使得液滴弹出结构表面，无法实现液滴运输。
图12为不同体积液滴的运输速度。
为了研究液滴体积和运输速度的关系，我们将SSGAA置于振动台上，振动台连接信号发生器，信号发生器施加正弦信号SSGAA即可处于垂直振动条件，我们将振动频率固定在50Hz，振动幅值固定在7Vpp，使用注射器分别将不同体积的液滴滴在SSGAA表面，分别测量得到不同体积液滴的运输速度，图12显示了在固定50Hz振动频率和7Vpp振幅下不同液滴体积(2～15μL)的传输速度(0～12.18mm/s)。综上所述可以得知通过设置振动频率和振幅参数，可以实现液滴输送的精确控制。
实施例4
液滴的输送方法在化学微反应以及PH检测中的应用。
如图13所示，首先将两个结构相对的SSGAA放置在振动发生器上，在信号发生器施加正弦信号的刺激下即可实现SSGAA的垂直振动。然后分别使用两支10μL注射器将体积为10μL的CuSO4溶液和体积为10μL的NaHCO3溶液滴在两个结构相对的SSGAA上。然后，设置信号发生器产生振动幅值为6Vpp，振动频率为50Hz的正弦信号，CuSO4溶液液滴和NaHCO3溶液液滴被振动驱动分别向内运输然后混合发生化学微反应产生Cu(OH)2沉淀物和CO2气体。图中右侧为使用光学显微镜拍摄的对应的CuSO4溶液和NaHCO3溶液以及生成的Cu(OH)2沉淀物和CO2气体的光学照片。
图13为CuSO4溶液和NaHCO3溶液化学微反应。
为了使液滴混合更快，我们可以通过振动参数来控制液滴的混合速度。如图14所示，仍然将两个结构相对的SSGAA放置在振动发生器上，在信号发生器施加正弦信号的刺激下即可实现SSGAA的垂直振动。然后分别使用两支10μL注射器将体积为10μL的HCl溶液和体积为10μL的NaHCO3溶液滴在两个结构相对的SSGAA上。然后，设置信号发生器产生振动幅值为7Vpp，振动频率为50Hz的正弦信号，HCl溶液液滴和NaHCO3溶液液滴被振动驱动分别向内运输然后混合发生化学微反应产生CO2气体。图中右侧为使用光学显微镜拍摄的对应的HCl溶液和NaHCO3溶液以及生成的CO2气体的光学照片。可以看出液滴运输混合发生反应的速度相较上一个实验快了一倍。
图14为HCl溶液和NaHCO3溶液化学微反应。
为了进一步探究SSGAA在检测方面的应用，我们进行了PH检测实验。首先进行了碱性溶液的PH检测，如图15所示，首先将SSGAA放置在振动发生器上，然后将PH试纸置于SSGAA的末端，在信号发生器施加正弦信号的刺激下即可实现SSGAA的垂直振动。然后使用10μL注射器将体积为10μL的NaHCO3溶液滴在SSGAA上。随后，设置信号发生器产生振动幅值为7Vpp，振动频率为50Hz的正弦信号，NaHCO3溶液液滴被振动驱动向末端运输到PH试纸上，通过观察PH试纸的颜色变化与标准比色卡比较得出PH＝8.5。图中右侧为使用光学显微镜拍摄的对应的NaHCO3溶液的光学照片和PH试纸初始状态以及标准比色卡和检测液滴后的PH试纸照片。
图15为碱性溶液的PH检测。
我们进一步进行了酸性溶液的PH检测，如图16所示，首先将SSGAA放置在振动发生器上，然后将PH试纸置于SSGAA的末端，在信号发生器施加正弦信号的刺激下即可实现SSGAA的垂直振动。然后使用10μL注射器将体积为10μL的HCl溶液滴在SSGAA上。随后，设置信号发生器产生振动幅值为7Vpp，振动频率为50Hz的正弦信号，HCl溶液液滴被振动驱动向末端运输到PH试纸上，通过观察PH试纸的颜色变化与标准比色卡比较得出PH＝0.5。图中右侧为使用光学显微镜拍摄的对应的HCl溶液的光学照片和PH试纸初始状态以及标准比色卡和检测液滴后的PH试纸照片。
图16为酸性溶液的PH检测。
我们可以合理地推测，任何水基溶液反应物液滴都可以通过垂直振动SSGAA以可控和定量的方式进行混合反应或检测，可在复杂水基液滴的定量化学反应中应用。
需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.用于生物相容性液滴的输送装置，其特征在于：包括基膜(1)以及振动台，所述基膜(1)设置在振动台上，所述振动台对基膜(1)施加垂直振动，使位于基膜(1)上的液滴在垂直方向上呈周期性振动，经历周期性的润湿和去润湿过程，所述基膜(1)上设置有若干道圆弧(2)，若干道所述圆弧(2)呈直线阵列分布，形成各向异性的棘轮阵列，使位于棘轮阵列上的液滴受到各向的阻力呈不对称性；所述圆弧(2)的沟槽内填充有润滑油；所述圆弧(2)的半径为2mm，深度为190μm，相邻的两个圆弧(2)之间的间距为160μm；
所述基膜(1)采用聚二甲基硅氧烷膜；
所述润滑油采用粘度为10cst的硅油；
所述用于生物相容性液滴的输送装置的制备方法，包括以下步骤：
S1基膜制备
1.1将交联剂和预聚物以1:12的比例混合，得到混合物；
1.2脱气10min；
1.3将混合物沉积在置于旋涂机上的载玻片上后旋涂；旋涂机的转速为200～1000rpm，旋涂时间为0～10min；
1.4加热板上在65℃下固化2小时，形成一块平坦且均匀的500μm厚度的PDMS薄膜；
1.5将PDMS薄膜切割成若干个不同尺寸的片，用于圆弧加工；
S2圆弧加工
2.1用去离子水对PDMS薄膜进行超声清洗；
2.2对PDMS薄膜进行飞秒激光直写，薄膜表面形成直线阵列分布的圆弧；飞秒激光直写的扫描参数为：激光功率500mw、扫描次数4次，扫描速度：2mm/s；
S3涂润滑油
使用移液器将粘度为10cst的硅油注入加工得到的圆弧阵列沟槽表面，再将载玻片置于匀胶旋涂仪上，设置旋转参数为：转速500rpm，时间4min，旋转完成使硅油均匀涂满圆弧阵列沟槽；
S4振动
将S3中加工好的PDMS薄膜放置在振动台上，对振动台输入正弦信号，使振动台对PDMS薄膜施加垂直振动。
2.液滴的输送方法，其特征在于：利用权利要求1中所述的用于生物相容性液滴的输送装置进行液滴输送；
S1将液滴滴至PDMS薄膜上的棘轮阵列中，使液滴在PDMS薄膜上受到各方向的阻力呈各向异性；
S2通过信号发生器对振动台施加正弦信号，使振动台带动PDMS薄膜上进行垂直振动，使液滴受到各向同性的驱动力；各向异性的阻力与各向同性的驱动力的合力不等于零，使液滴受到向合力方向的作用力，使其向合力方向运动；
S3通过调整信号发生器对振动台施加的正弦信号，能够调整振动台带动PDMS薄膜振动的频率以及振幅，控制对不同体积的液滴的输送速度。
3.根据权利要求2中所述液滴的输送方法，其特征在于：液滴的体积范围设置在2-15μL，振动幅度设置在3-9 .3Vpp，振动频率设置在37-58Hz。
4.根据权利要求3中所述液滴的输送方法，其特征在于：液滴的体积范围设置在10μL，振动幅度设置在7Vpp，振动频率设置在50Hz。
5.如权利要求2-4中任一所述液滴的输送方法在化学微反应以及PH检测中的应用。
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