CN115449780B - 一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置与方法 - Google Patents

一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置与方法,涉及微流控系统技术领域,疏水气源A和亲水气源B均与发生器单元体连接;功率电源A与左金属丝电极、右金属丝电极相连接;功率电源B与中间金属丝电极相连接。移动发生器单元体使得产生的左等离子体射流、中间等离子体射流和右等离子体射流作用于基板上;左等离子体射流、右等离子体射流将在基板上沉积一层左疏水膜、右疏水膜,中间等离子体射流将在基板上沉积一层亲水膜。基板上沉积的左疏水膜、亲水膜与右疏水膜将围成一条亲疏水微流道;通过将发生器单元体移动不同轨迹,将制备出具有不同图案的亲疏水微流道。可通过并列多个发生器单元体实现多条亲疏水通道的快速制备。

Description

一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置与方法
技术领域
本发明属于微流控系统技术领域,具体是一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置与方法。
背景技术
微流控技术在环境检测、细胞生物学、蛋白质分析、基因工程等领域得到了广泛的应用。而微流控技术的核心就是在基底表面制备出亲疏水的微流体通道。传统的微流体通道制备方法包括层间转移与贴合、软光刻、喷墨打印、3D打印等方法。然而,这些方法需要复杂的制造工艺以及昂贵的加工设备,且难以与其他加工技术相兼容。
对于微流道制备的核心就是如何让在基底表面构建出高对比度的亲疏水区域,大气压低温等离子体是一种电子温度较高而离子温度较低的非平衡等离子体,因其具有温度低、活性强、成本低廉等优点,在材料表面处理等领域展现了独特的技术优势。近年来,利用大气压低温等离子体技术,借助微掩膜方法,可以在基底表面制备出一层亲水层,从而实现亲疏水微流道的制备。但是这些方法操作复杂,尤其是在图案化亲疏水通道方面,无法避免的会使用到微掩膜;而且这些方法需要事先在基底表面大面积制备出疏水膜层,导致工艺复杂、耗时。
因此,开发一种基于大气压等离子体的快速、简单高效、兼容性好的制备亲疏水微流道的装置与方法是目前微流道制备领域的一大难题。
鉴于上述缺陷,本发明提供一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置与方法。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一;为此,本发明提出了一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置与方法。
为实现上述目的,根据本发明的第一方面的实施例提出一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置,包括多个并列设置的发生器单元体及位于发生器单元体下方的基板;
所述发生器单元体包括:依次并排连接的左等离子体发生器、中间等离子体发生器和右等离子体发生器;
疏水气源A,其分别与左等离子体发生器、右等离子体发生器相连通;
亲水气源B,其与中间等离子体发生器相连通;
功率电源A,其分别与左等离子体发生器、右等离子体发生器相连接;
功率电源B,其与中间等离子体发生器相连接。
进一步地,所述左等离子体发生器、中间等离子体发生器和右等离子体发生器之间通过胶接或焊接并列相连。
进一步地,还包括左金属丝电极、中间金属丝电极、右金属丝电极,所述左金属丝电极、中间金属丝电极、右金属丝电极分别插接在左等离子体发生器、中间等离子体发生器和右等离子体发生器内。
进一步地,所述左等离子体发生器、中间等离子体发生器和右等离子体发生器的一端分别开设有与左金属丝电极、中间金属丝电极、右金属丝电极相配合对应的左电极孔、中间电极孔、右电极孔。
进一步地,所述左等离子体发生器、中间等离子体发生器和右等离子体发生器上分别还设置有左空腔、中心空腔、右空腔;所述左金属丝电极、中间金属丝电极、右金属丝电极分别穿过左电极孔、中间电极孔、右电极孔进入左空腔、中心空腔、右空腔。
进一步地,所述功率电源A同时与左金属丝电极、右金属丝电极相连接;所述功率电源B与中间金属丝电极相连接。
进一步地,所述左等离子体发生器、中间等离子体发生器和右等离子体发生器上分别设置有左进气口、中间进气口、右进气口;所述左等离子体发生器和右等离子体发生器的高度相同,所述左等离子体发生器高于中间等离子体发生器。
进一步地,所述疏水气源A为四氟化碳气体与氩气、六甲基二硅氧烷与氩气中任一种组合或者两种组合混合。
进一步地,所述亲水气源B为氧气。
根据本发明的第二方面的实施例提出一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的方法,所述的方法基于本发明的第一方面的实施例提出的装置实现,所述的方法包括以下步骤:
步骤S1:开启功率电源A、功率电源B,并通入疏水气源A与亲水气源B后,左等离子体发生器、中间等离子体发生器和右等离子体发生器将分别生成左等离子体射流、中间等离子体射流和右等离子体射流;
步骤S2:移动发生器单元体使得产生的左等离子体射流、中间等离子体射流和右等离子体射流作用于基板上;左等离子体射流将在基板上沉积一层左疏水膜,右等离子体射流将在基板上沉积一层右疏水膜,中间等离子体射流将在基板上沉积一层亲水膜;
步骤S3:基板上沉积的左疏水膜、亲水膜与右疏水膜将围成一条亲疏水微流道;
步骤S4:将发生器单元体移动不同轨迹,将制备出具有不同图案的亲疏水微流道。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明通过将多个发生器单元体并列布置,可实现多组疏水膜和亲水膜的同步沉积,最终完成多条亲疏水通道的快速制备,因此,本发明工艺简单、操作方便,极大的简化了亲疏水微流道的制备流程,提高了亲疏水微流道的制备效率;
2、本发明可通过调节等离子体发生器的出口直径尺寸,可实现不同线宽亲疏水微流道的快速制备;此外,通过扩展发生器单元体的数量,可实现大规模亲疏水微流道的快速制备,因此该制备方法灵活,大大增加了该制备方法的应用范围。
附图说明
图1为本发明等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置的结构示意图;
图2a、b为本发明发生器单元体的结构视图;
图3为本发明制备的亲疏水微流道的示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一:
请参阅图1-3,根据本发明的第一方面的实施例提出一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置,包括多个并列设置的发生器单元体1及位于发生器单元体1下方的基板14;疏水气源A2和亲水气源B8均与发生器单元体1连接;所述功率电源A4与左金属丝电极3、右金属丝电极7相连接;所述功率电源B5与中间金属丝电极6相连接,具体的,所述发生器单元体1包括:依次并排连接的左等离子体发生器101、中间等离子体发生器104和右等离子体发生器107;疏水气源A2,其分别与左等离子体发生器101、右等离子体发生器107相连通;亲水气源B8,其与中间等离子体发生器104相连通;功率电源A4,其分别与左等离子体发生器101、右等离子体发生器107相连接;功率电源B5,其与中间等离子体发生器104相连接。
如图2a、b所示,作为本发明提供的一个实施例,优选的,所述左等离子体发生器101、中间等离子体发生器104和右等离子体发生器107之间通过胶接或焊接并列相连。
作为本发明提供的一个实施例,优选的,还包括左金属丝电极3、中间金属丝电极6、右金属丝电极7,所述左金属丝电极3、中间金属丝电极6、右金属丝电极7分别插接在左等离子体发生器101、中间等离子体发生器104和右等离子体发生器107内。
作为本发明提供的一个实施例,优选的,所述左等离子体发生器101、中间等离子体发生器104和右等离子体发生器107的一端分别开设有与左金属丝电极3、中间金属丝电极6、右金属丝电极7相配合对应的左电极孔103、中间电极孔106、右电极孔109。
作为本发明提供的一个实施例,优选的,所述左等离子体发生器101、中间等离子体发生器104和右等离子体发生器107上分别还设置有左空腔1012、中心空腔1011、右空腔1010;所述左金属丝电极3、中间金属丝电极6、右金属丝电极7分别穿过左电极孔103、中间电极孔106、右电极孔109进入左空腔1012、中心空腔1011、右空腔1010。
具体的,所述左等离子体发生器101上设有左进气口102、左电极孔103和左空腔1012;所述中间等离子体发生器104设有中间进气口105、中间电极孔106和中心空腔1011;所述右等离子体发生器107设有右进气口108、右电极孔109和右空腔1010;
具体的,所述左金属丝电极3通过左电极孔103插入至左空腔1012中,所述中间金属丝电极6通过中间电极孔106插入至中心空腔1011中,所述右金属丝电极7通过右电极孔109插入至右空腔1010中
作为本发明提供的一个实施例,优选的,所述功率电源A4同时与左金属丝电极3、右金属丝电极7相连接;所述功率电源B5与中间金属丝电极6相连接。
作为本发明提供的一个实施例,优选的,所述左等离子体发生器101、中间等离子体发生器104和右等离子体发生器107上分别设置有左进气口102、中间进气口105、右进气口108;所述左等离子体发生器101和右等离子体发生器107的高度相同,所述左等离子体发生器101高于中间等离子体发生器104。
具体的,所述疏水气源A2与所述左进气口102和右进气口108相连通,所述亲水气源B8与中间进气口105相连通。
作为本发明提供的一个实施例,优选的,所述疏水气源A2为四氟化碳气体与氩气、六甲基二硅氧烷与氩气中任一种组合或者两种组合混合。
作为本发明提供的一个实施例,优选的,所述亲水气源B8为氧气。
在其他实施例里,可以通过调节左等离子体发生器101、中间等离子体发生器104和右等离子体发生器107管径以及管间距,从而可以制备具有不同线宽的亲疏水微流道;此外,通过并列布置多个发生器单元体1,从而可快速、大规模制备亲疏水微流道。
实施例二:
一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的方法,所述的方法基于本发明的第一方面的实施例提出的装置实现,所述的方法包括以下步骤:
步骤S1:开启功率电源A4、功率电源B5,并通入疏水气源A2与亲水气源B8后,左等离子体发生器101、中间等离子体发生器104和右等离子体发生器107将分别生成左等离子体射流15、中间等离子体射流9和右等离子体射流10;
步骤S2:移动发生器单元体1使得产生的左等离子体射流15、中间等离子体射流9和右等离子体射流10作用于基板14上;左等离子体射流15将在基板14上沉积一层左疏水膜13,右等离子体射流10将在基板14上沉积一层右疏水膜11,中间等离子体射流9将在基板14上沉积一层亲水膜12;
步骤S3:基板14上沉积的左疏水膜13、亲水膜12与右疏水膜11将围成一条亲疏水微流道,如图3;
步骤S4:将发生器单元体1移动不同轨迹,将制备出具有不同图案的亲疏水微流道。
本发明的工作原理:本发明通过将多个发生器单元体并列布置,可实现多组疏水膜和亲水膜的同步沉积,最终完成多条亲疏水通道的快速制备,因此,本发明工艺简单、操作方便,极大的简化了亲疏水微流道的制备流程,提高了亲疏水微流道的制备效率;本发明可通过调节等离子体发生器的出口直径尺寸,可实现不同线宽亲疏水微流道的快速制备;此外,通过扩展发生器单元体的数量,可实现大规模亲疏水微流道的快速制备,因此该制备方法灵活,大大增加了该制备方法的应用范围;借助三轴运动平台,可带动发生器单元体按照预设的轨迹移动,可实现图案化亲疏水微流道的直写制备,极大的提高了亲疏水微流道的制备效率以及按需制备的能力。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换,而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (10)

1.一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置,其特征在于,包括多个并列设置的发生器单元体(1)及位于发生器单元体(1)下方的基板(14);
所述发生器单元体(1)包括:依次并排连接的左等离子体发生器(101)、中间等离子体发生器(104)和右等离子体发生器(107);
疏水气源A(2),其分别与左等离子体发生器(101)、右等离子体发生器(107)相连通;
亲水气源B(8),其与中间等离子体发生器(104)相连通;
功率电源A(4),其分别与左等离子体发生器(101)、右等离子体发生器(107)相连接;
功率电源B(5),其与中间等离子体发生器(104)相连接;
该装置采用下述方法快速制备亲疏水微流道,具体包括以下步骤:
步骤S1:开启功率电源A(4)、功率电源B(5),并通入疏水气源A(2)与亲水气源B(8)后,左等离子体发生器(101)、中间等离子体发生器(104)和右等离子体发生器(107)将分别生成左等离子体射流(15)、中间等离子体射流(9)和右等离子体射流(10);
步骤S2:移动发生器单元体(1)使得产生的左等离子体射流(15)、中间等离子体射流(9)和右等离子体射流(10)作用于基板(14)上;左等离子体射流(15)将在基板(14)上沉积一层左疏水膜(13),右等离子体射流(10)将在基板(14)上沉积一层右疏水膜(11),中间等离子体射流(9)将在基板(14)上沉积一层亲水膜(12);
步骤S3:基板(14)上沉积的左疏水膜(13)、亲水膜(12)与右疏水膜(11)将围成一条亲疏水微流道;
步骤S4:将发生器单元体(1)移动不同轨迹,将制备出具有不同图案的亲疏水微流道。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置,其特征在于,所述左等离子体发生器(101)、中间等离子体发生器(104)和右等离子体发生器(107)之间通过胶接或焊接并列相连。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置,其特征在于,还包括左金属丝电极(3)、中间金属丝电极(6)、右金属丝电极(7),所述左金属丝电极(3)、中间金属丝电极(6)、右金属丝电极(7)分别插接在左等离子体发生器(101)、中间等离子体发生器(104)和右等离子体发生器(107)内。
4.根据权利要求3所述的一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置,其特征在于,所述左等离子体发生器(101)、中间等离子体发生器(104)和右等离子体发生器(107)的一端分别开设有左电极孔(103)、中间电极孔(106)、右电极孔(109)。
5.根据权利要求4所述的一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置,其特征在于,所述左等离子体发生器(101)、中间等离子体发生器(104)和右等离子体发生器(107)上分别还设置有左空腔(1012)、中心空腔(1011)、右空腔(1010)。
6.根据权利要求4所述的一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置,其特征在于,所述功率电源A(4)同时与左金属丝电极(3)、右金属丝电极(7)相连接;所述功率电源B(5)与中间金属丝电极(6)相连接。
7.根据权利要求1所述的一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置,其特征在于,所述左等离子体发生器(101)、中间等离子体发生器(104)和右等离子体发生器(107)上分别设置有左进气口(102)、中间进气口(105)、右进气口(108)。
8.根据权利要求1所述的一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置,其特征在于,所述疏水气源A(2)为四氟化碳气体与氩气、六甲基二硅氧烷与氩气中任一种组合或者两种组合混合。
9.根据权利要求1所述的一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的装置,其特征在于,所述亲水气源B(8)为氧气。
10.一种等离子体射流快速制备亲疏水微流道的方法,其特征在于,所述的方法基于权利要求1-9任意一项所述的装置实现,所述的方法包括以下步骤:
步骤S1:开启功率电源A(4)、功率电源B(5),并通入疏水气源A(2)与亲水气源B(8)后,左等离子体发生器(101)、中间等离子体发生器(104)和右等离子体发生器(107)将分别生成左等离子体射流(15)、中间等离子体射流(9)和右等离子体射流(10);
步骤S2:移动发生器单元体(1)使得产生的左等离子体射流(15)、中间等离子体射流(9)和右等离子体射流(10)作用于基板(14)上;左等离子体射流(15)将在基板(14)上沉积一层左疏水膜(13),右等离子体射流(10)将在基板(14)上沉积一层右疏水膜(11),中间等离子体射流(9)将在基板(14)上沉积一层亲水膜(12);
步骤S3:基板(14)上沉积的左疏水膜(13)、亲水膜(12)与右疏水膜(11)将围成一条亲疏水微流道;
步骤S4:将发生器单元体(1)移动不同轨迹,将制备出具有不同图案的亲疏水微流道。
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