CN115845946A - 一种微液滴悬浮自驱动操控方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微液滴悬浮自驱动操控方法及装置，方法具体包括如下步骤：S1：首先将容器放置加热台上，在容器中倒入油液，油液厚度根据被操控的液滴尺寸来决定，紧接着启动加热台，加热台开始恒温加热，并且加热到合适温度；S2：待容器以及容器内的油液温度稳定后，油液表面形成气膜层，将液滴缓慢落在油液表面，油液与液滴被气膜层所隔绝，确保液滴悬浮。本发明通过利用油膜厚度和流道形状实现对液滴运动的被动控制，大大降低了操作流程的复杂程度，有效提升了液滴移动的稳定性，扩大了应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及微流控系统技术领域，特别是一种微液滴悬浮自驱动操控方法及装置。
背景技术
随着微流控技术在生物医药和材料化工等领域的广泛应用，传统的封闭式微流控技术已经无法满足实践需求，因此开放式微流控技术便应运而生。开放式微流控技术的主要优点包括微液滴可以单独操控而不受其他液滴的影响，也不会影响整个系统的运行，可以随时在系统中添加或提取液体进行检测，便于研究人员操作。例如公开号为CN115069317A的中国发明专利，公开了一种微液滴操控装置，包括步骤：将流道容器置于加热台的加热板上，将金属圆锥和金属圆环布置在流道容器内，在流道容器的每条支路上均安装一组高压电源与非对称电极对；待电共轭液和运载液体完全分层后，利用加热台调控电共轭液和运载液体的温度。其中液滴在流道容器中产生移动，需要接通高压电源，高压电源的两个电极接通高电压并缓慢升压，在高压电源产生的高压电场下，高压电源由非对称电极对中金属圆环的中心孔射出，驱动电共轭液定向流动，液滴的流动仍然需要外部手段的介入，不能够实现自驱动，这就使得操作过程较为复杂繁琐，需要对高压电场有效控制才能够使得液滴进行较好的流动，受外部影响较大，降到了稳定性，减小了应用的范围。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种微液滴悬浮自驱动操控方法及装置。本发明通过利用油膜厚度和流道形状实现对液滴运动的被动控制，大大降低了操作流程的复杂程度，有效提升了液滴移动的稳定性，扩大了应用范围。
本发明的技术方案：一种微液滴悬浮自驱动操控方法，具体包括如下步骤：
S1：首先将容器放置加热台上，在容器中倒入油液，油液厚度根据被操控的液滴尺寸来决定，紧接着启动加热台，加热台开始恒温加热，并且加热到合适温度；
S2：待容器以及容器内的油液温度稳定后，油液表面形成气膜层，将液滴缓慢落在油液表面，油液与液滴被气膜层所隔绝，确保液滴悬浮；
S3：液滴可在油液表面可自发移动，容器的流道形状决定了液滴移动轨迹，实现液滴沿着容器的流道形状进行自驱动，之后操作人员可对液滴进行提取、分析等操作。
上述的微液滴悬浮自驱动操控方法中，所述的油液为挥发性能差、粘度小的油液，该油液在工作温度范围内不发生挥发，黏度小于50mPa·s。
前述的微液滴悬浮自驱动操控方法中，所述的液滴为水、酒精等易蒸发的液体。
前述的微液滴悬浮自驱动操控方法中，所述的液滴为小直径液滴，液滴直径接近毛细长度。
前述的微液滴悬浮自驱动操控方法中，所述油液温度应在维持气膜层稳定的前提下调节到最低，以延长液滴稳定存在时间，液滴在低粘度油液表面悬浮时，油液温度可低至40℃。
前述的微液滴悬浮自驱动操控方法中，所述的油液厚度在保持液滴悬浮的前提下选取最小尺寸，油液厚度等于液滴半径。
实现所述的微液滴悬浮自驱动操控方法的装置，包括加热台、容器、油液以及液滴；所述的加热台设置于底部，容器设置在加热台上，油液盛放在容器中，液滴与油液之间设有气膜层，液滴经气膜层悬浮于油液表面。
前述的微液滴悬浮自驱动操控装置中，所述的容器为铝制长槽结构、铝制环槽结构以及铝制组合槽结构。
前述的微液滴悬浮自驱动操控装置中，所述的容器的流道宽度小于等于10mm，且大于液滴直径。
前述的微液滴悬浮自驱动操控装置中，所述容器为具有良好导热性的金属容器。
与现有技术相比，本发明具有以下的优点：
1、在本发明中，首先将容器放置加热台上，在容器中倒入油液，油液厚度根据被操控的液滴尺寸来决定，紧接着启动加热台，加热台开始恒温加热，并且加热到合适温度，待容器以及容器内的油液温度稳定后，油液表面形成气膜层，将液滴缓慢落在油液表面，油液与液滴被气膜层所隔绝，确保液滴悬浮；之后液滴可以沿着容器的流道形状进行移动；通过利用油膜厚度和流道形状实现对液滴运动的被动控制，大大降低了操作流程的复杂程度，有效提升了液滴移动的稳定性，扩大了其在生物医药和材料化工等领域的广泛应用。
2、选取挥发性差，粘度小的油液，是为了提高液滴存在的时间，保持液滴的稳定。
3、所述容器为具有良好导热性的金属容器，方便容器内的油液能够快速的升温，提升试验的效率。
4、所述的容器为铝制长槽结构、铝制环槽结构以及铝制组合槽结构，通过将液滴放置在不同流道形状的容器中，验证液滴移动轨迹与流道形状的关系，液滴能够沿着流道而移动。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为铝制长槽结构容器的示意图；
图3为铝制环槽结构容器的示意图；
图4为铝制组合槽结构容器的示意图。
附图中的标记说明：1-加热台，2-容器，3-油液，4-液滴，5-气膜层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明限制的依据。
实施例：一种微液滴悬浮自驱动操控方法，具体包括如下步骤：
S1：首先将容器放置加热台上，在容器中倒入油液，油液厚度根据被操控的液滴尺寸来决定，所述的油液厚度在保持液滴悬浮的前提下选取最小尺寸，油液厚度等于液滴半径；所述的油液为挥发性能差、粘度小的油液，该油液在工作温度范围内不发生挥发，黏度小于50mPa·s，一般选择硅油，油液的性质、温度以及厚度都会影响液滴的移动情况，因此需要对油液条件进行限制，也保证了液滴在流动时的稳定性；紧接着启动加热台，加热台开始恒温加热，并且加热到合适温度，加热的温度取决于被操控液滴的物理特性，如挥发性、沸点、比热容等；S2：待容器以及容器内的油液温度稳定后，油液表面形成气膜层，将液滴缓慢落在油液表面，所述的液滴为水、酒精等易蒸发的液体，所述的液滴为小直径液滴，液滴直径接近毛细长度，水的毛细长度为2.7mm，油液与液滴被气膜层所隔绝，确保液滴悬浮，所述油液温度应在维持气膜层稳定的前提下调节到最低，以延长液滴稳定存在时间，液滴在低粘度油液表面悬浮时，油液温度可低至40℃；S3：液滴可在油液表面可自发移动，容器的流道形状决定了液滴移动轨迹，实现液滴沿着容器的流道形状进行自驱动，之后操作人员可对液滴进行提取、分析等操作。
实现微液滴悬浮自驱动操控方法的装置，包括加热台1、容器2、油液3以及液滴4，如附图1所示；所述的加热台1设置于底部，容器2设置在加热台1上，油液3盛放在容器2中，液滴4与油液3之间设有气膜层5，液滴4经气膜层5悬浮于油液3表面。所述的容器2的流道宽度小于等于10mm，且大于液滴4直径，能够使得液滴能够较好的沿着容器的流道形状进行移动，方便操作人员的观察。所述容器2为具有良好导热性的金属容器，方便容器内的油液能够快速的升温，提升试验的效率。所述的容器2为铝制长槽结构、铝制环槽结构以及铝制组合槽结构，如附图2至附图4所示，组合槽主要由一端半环槽和两端直槽组合而成，通过将液滴放置在不同流道形状的容器中，验证液滴移动轨迹与流道形状的关系，液滴能够沿着流道而移动，液滴的悬浮时间取决于油液温度、液滴直径以及液体的挥发性。液滴在油液表面移动，该运动过程适用温度范围广，温度下限可以接近人体温度，从而减缓液滴蒸发，延长液滴稳定时间并实现长距离运输，在生物细胞培养和对温度敏感的培养液及催化剂等方面具有广泛的应用前景。
Claims (10)
1.一种微液滴悬浮自驱动操控方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
S1：首先将容器放置加热台上，在容器中倒入油液，油液厚度根据被操控的液滴尺寸来决定，紧接着启动加热台，加热台开始恒温加热，并且加热到合适温度；
S2：待容器以及容器内的油液温度稳定后，油液表面形成气膜层，将液滴缓慢落在油液表面，油液与液滴被气膜层所隔绝，确保液滴悬浮；
S3：液滴可在油液表面可自发移动，容器的流道形状决定了液滴移动轨迹，实现液滴沿着容器的流道形状进行自驱动，之后操作人员可对液滴进行提取、分析等操作。
2.根据权利要求1所述的微液滴悬浮自驱动操控方法，其特征在于：所述的油液为挥发性能差、粘度小的油液，该油液在工作温度范围内不发生挥发，黏度小于50mPa·s。
3.根据权利要求1所述的微液滴悬浮自驱动操控方法，其特征在于：所述的液滴为水、酒精等易蒸发的液体。
4.根据权利要求1所述的微液滴悬浮自驱动操控方法，其特征在于：所述的液滴为小直径液滴，液滴直径接近毛细长度。
5.根据权利要求1所述的微液滴悬浮自驱动操控方法，其特征在于：所述油液温度应在维持气膜层稳定的前提下调节到最低，以延长液滴稳定存在时间，液滴在低粘度油液表面悬浮时，油液温度可低至40℃。
6.根据权利要求1所述的微液滴悬浮自驱动操控方法，其特征在于：所述的油液厚度在保持液滴悬浮的前提下选取最小尺寸，油液厚度等于液滴半径。
7.实现权利要求1所述的微液滴悬浮自驱动操控方法的装置，其特征在于：包括加热台(1)、容器(2)、油液(3)以及液滴(4)；所述的加热台(1)设置于底部，容器(2)设置在加热台(1)上，油液(3)盛放在容器(2)中，液滴(4)与油液(3)之间设有气膜层(5)，液滴(4)经气膜层(5)悬浮于油液(3)表面。
8.根据权利要求8所述的微液滴悬浮自驱动操控装置，其特征在于：所述的容器(2)为铝制长槽结构、铝制环槽结构以及铝制组合槽结构。
9.根据权利要求9所述的微液滴悬浮自驱动操控装置，其特征在于：所述的容器(2)的流道宽度小于等于10mm，且大于液滴(4)直径。
10.根据权利要求8所述的微液滴悬浮自驱动操控装置，其特征在于：所述容器(2)为具有良好导热性的金属容器。
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Publications (1)
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| CN115845946A true CN115845946A (zh) | 2023-03-28 |
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Family Applications (1)
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| CN202310067997.1A Withdrawn CN115845946A (zh) | 2023-02-06 | 2023-02-06 | 一种微液滴悬浮自驱动操控方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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2023
- 2023-02-06 CN CN202310067997.1A patent/CN115845946A/zh not_active Withdrawn
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