CN215375455U

CN215375455U - 一种紫外激光液体自驱动平台

Info

Publication number: CN215375455U
Application number: CN202120291168.8U
Authority: CN
Inventors: 邓宇; 钟世裕
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2021-12-31
Anticipated expiration: 2031-02-01

Abstract

本实用新型公开了一种紫外激光液体自驱动平台，主要包括激光器、计算机、控制模块、反射镜、透镜、玻璃罩、基底和移动模块；控制模块与激光器连接；计算机分别与控制模块和移动模块连接；基底安装在移动模块上；玻璃罩设置在移动模块上，将基底罩住并密封；玻璃罩内填充臭氧；反射镜及透镜安装在移动模块上方。本实用新型以PDMS为基底，利用直接固化的PDMS具有疏水性这一特性，在滴液的一侧用紫外激光照射同时充入臭氧。激光照射的区域亲水性改善，接触角也变小，液滴前后的接触角差异推动液体的滚动。通过改变激光在PDMS表面照射区域的轨迹就可以实现没有外界驱动力的情况下，引导液滴在没有通道的PDMS表面按一定的路径运动。

Description

一种紫外激光液体自驱动平台

技术领域

本实用新型涉及微流控技术领域，尤其涉及一种紫外激光液体自驱动平台。

背景技术

微流控是一种在微米尺度下对流体进行操控的科学技术，并且可以将生物、化学等多种实验室功能微缩到一个很小的芯片上，因此微流控芯片也被称为芯片实验室。微流控最大的优势和特征就是众多技术单元与流程可以通过微通道相连，在微小的平台上灵活组合和大规模集成，能够快速、自动、高通量、低成本地对生物、化学指标进行检测，从而实现一个完整实验室的复杂功能。由于尺寸微小，微流控芯片检测仅需处理极微量的流体，可以极大地节省昂贵生化检测试剂成本。微流控系统，仍然处于飞速的发展之中，并正被应用于越来越广阔的领域。首先，几乎任何分析化学的检测都能通过微流控芯片完成。其次，随着技术的发展和需求的增长，微流控芯片近几年的发展方向逐渐转变为构建不同类型的芯片实验室，从而应用在不同的领域，如环境监测、医学诊断、细胞组学等。微流控芯片所表现出的整体性和系统性具有难以估量的潜在能力,使得微流控芯片具有了强大的发展活力和美好的应用前景。

微流控芯片传统的制作材料主要有硅、玻璃、石英等，但是加工时间长，成本较高。聚二甲基硅氧烷(PDMS)的化学性能稳定、透光性好，同时具备生物兼容性优良、价格便宜等特点，已成为微流控芯片制备的首选材料。现有的微流控芯片技术中主要分为两个部分，一个是微流控芯片的制备，二是进行液体的驱动。芯片的制作是以PDMS为基底，在基底上进行微通道和微泵等的制备。微通道的制作方法种类繁多，主要有模塑法、热压法、软光刻法、激光烧蚀法、注塑法等。微通道制备好后就可以进行芯片的键合，即在具有微通道的基片上再加盖一层材料以形成封闭的微通道。

在制备好微流控芯片后，还需要提供动力来驱使流体在微通道中流动到达指定的反应或者分析位置。微流控芯片中常见的微流体驱动技术有压差驱动、电驱动、表面张力驱动以及流体自驱动等。

现有的微流控技术中，主要的缺点是实现功能单一，适用范围小。在上述的技术中，基底表面的微结构是根据单一的功能来设计的，根据微结构加工出对应的模具。由于模具是根据特定的功能设计的，所以适应性不强。此外，模具的制作需要经过经过一系列复杂的步骤，使得微流控芯片的制作周期较长。其次，上述微流控技术只能实现单一液滴的导向运动，效率较低。另外，由于现在通过压力，电，光，磁来提供驱动力的方式，外部都需要微泵等提供动力，使得工作台结构复杂，制作成本高。因此，现有技术需要进一步改进和完善。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种紫外激光液体自驱动平台。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种紫外激光液体自驱动平台，主要包括激光器、计算机、控制模块、反射镜、透镜、玻璃罩、基底、以及移动模块。所述控制模块与激光器连接，控制并调整激光器发射激光的参数。所述计算机分别与控制模块和移动模块连接，分别控制发射激光参数及设定液体自驱动路径。所述基底安装在移动模块的移动端处，并与移动模块固定连接。所述玻璃罩设置在移动模块上，将基底罩住并密封。所述玻璃罩内填充臭氧。所述反射镜及透镜安装在移动模块上方，位于基底上方。

作为本实用新型的优选方案，所述基底采用聚二甲基硅氧烷材料制成，其表面具有疏水性能。

作为本实用新型的优选方案，所述基底的表面为平面，无需刻画出供液体流动的微通道结构。

作为本实用新型的优选方案，所述移动模块采用高精度三轴移动平台。

作为本实用新型的优选方案，所述激光器能够发射多束激光，反射镜和透镜的数量根据实际激光的束数进行调整，实现单次引导不同运动轨迹的多个液滴自驱动。

本实用新型的工作过程和原理是：本实用新型以PDMS为基底设计的微流控平台，利用直接固化的PDMS具有疏水性这一特性，在滴液的一侧用紫外激光照射同时充入臭氧。激光照射的区域亲水性改善，接触角也变小，液滴前后的接触角差异推动液体的滚动。通过改变激光在PDMS表面照射区域的轨迹就可以实现没有外界驱动力的情况下，引导液滴在没有通道的PDMS表面按一定的路径运动。本实用新型还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。

与现有技术相比，本实用新型还具有以下优点：

(1)本实用新型所提供的紫外激光液体自驱动平台不用外界提供驱动力，通过液滴与PDMS表面之间的接触角，依靠液滴存在的接触角梯度差实现液滴自驱动。

(2)本实用新型所提供的紫外激光液体自驱动平台通过激光系统控制激光的运动轨迹来实现液滴在PDMS表面的不同路径运动，灵活性和适应性好。

(3)本实用新型所提供的紫外激光液体自驱动平台不需要对PDMS进行微通道和微泵等复杂结构的制备，缩短了生产周期和降低了生产成本。

(4)本实用新型所提供的紫外激光液体自驱动平台可以在一个PDMS芯片上同时驱动多液滴导向运输，大大提高了工作效率。

(5)本实用新型所提供的紫外激光液体自驱动平台利用紫外照射PDMS表面改变激光照射区域液滴与材料表面的接触角，通过液滴与材料表面的接触角存在的梯度差引导液滴滚动，实现液滴在PDMS表面的自驱动。同时只需要对紫外激光或者工作平台进行调整，就可以引导液滴按照一定的路径运动，无需重新根据不同的功能设计新的微流控芯片，使得芯片的重复性好，节约了成本。因此该技术的应用性更强，使用范围更广。该技术无需在PDMS表面制备复杂的微通道。微通道的制作需要制作掩模版，掩模版的制作工序复杂，时间长。而本技术节省了掩模版的制作成本，缩短了生产周期，该技术的经济性更好。本技术可以在同一芯片上对不同的液滴进行不同路径的驱动，只需要对多束激光进行控制。

附图说明

图1是本实用新型所提供的紫外激光液体自驱动平台的结构示意图。

图2是本实用新型所提供的紫外激光照射前后液滴接触角变化示意图。

上述附图中的标号说明：

1-激光器，2-计算机，3-控制模块，4-反射镜，5-激光束，6-透镜，7-玻璃罩，8-基底，9-移动模块/工作台。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

如图1至图2所示，本实施例公开了一种紫外激光液体自驱动平台，主要包括激光器1、计算机2、控制模块3、反射镜4、透镜6、玻璃罩7、基底8、以及移动模块9。所述控制模块3与激光器1连接，控制并调整激光器1发射激光的参数。所述计算机2分别与控制模块3和移动模块9连接，分别控制发射激光参数及设定液体自驱动路径。所述基底8安装在移动模块9的移动端处，并与移动模块9固定连接。所述玻璃罩7设置在移动模块9上，将基底8罩住并密封。所述玻璃罩7内填充臭氧。所述反射镜4及透镜6安装在移动模块9上方，位于基底8上方。

作为本实用新型的优选方案，所述基底8采用聚二甲基硅氧烷材料制成，其表面具有疏水性能。

作为本实用新型的优选方案，所述基底8的表面为平面，无需刻画出供液体流动的微通道结构。

作为本实用新型的优选方案，所述移动模块9采用高精度三轴移动平台。

作为本实用新型的优选方案，所述激光器1能够发射多束激光，反射镜4和透镜6的数量根据实际激光的束数进行调整，实现单次引导不同运动轨迹的多个液滴自驱动。

本实用新型的工作过程和原理是：本实用新型以PDMS为基底8设计的微流控平台，利用直接固化的PDMS具有疏水性这一特性，在滴液的一侧用紫外激光照射同时充入臭氧。激光照射的区域亲水性改善，接触角也变小，液滴前后的接触角差异推动液体的滚动。通过改变激光在PDMS表面照射区域的轨迹就可以实现没有外界驱动力的情况下，引导液滴在没有通道的PDMS表面按一定的路径运动。本实用新型还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。

实施例2：

如图1所示，位于疏水PDMS表面的液滴的接触角是比较大的，在没有激光对于材料表面照射时，液滴四周的接触角是不变的，液滴处于稳定状态不会移动。当用紫外激光照射液滴边沿一侧的微小区域同时充入臭氧时，就会对照射区域进行亲水改性，在照射区域表面形成OH、COOH、CO、COO等极性亲水基团。激光照射的PDMS表面由疏水性向亲水性转变，同时照射区域液滴的接触角也变小。液滴自发的向着接触角变小的方向滚动。

如图2所示，激光器1产生激光束5，激光的功率、能量、频率等都可以调节。激光通过光路系统中的反射镜4反射到透镜6，再通过透镜6聚焦到PDMS(基底8)的表面。PDMS(基底8)用玻璃罩7罩着，往玻璃罩7里面充入臭氧。PDMS(基底8)受到高能紫外激光的诱导作用，PDMS表面的Si-C化学键被打断从而产生自由基，臭氧与自由基发生反应生成了羧基和羟基等亲水基团，从而提高PDMS(基底8)表面照射区域的亲水性，从而使得接触角减小。PDMS(基底8)放置在工作台9上，由计算机2和控制模块3共同控制工作台9的精确运动。工作台9通过Z轴方向的运动来调节材料表面和激光焦点的距离。通过计算机2对光照系统操纵，确定激光在PDMS表面的照射位置，并按照一定路线移动工作台9，引导液滴在材料表面按照预设路线流动，实现对液滴在表面的自驱动定向运输。同时，光照系统可以发射多束激光，能够在PDMS表面实现单次引导不同运动轨迹的多个液滴自驱动。

本实用新型的优点是：1)通过紫外激光照射同时充入臭氧，PDMS照射区域亲水性改善同时接触角减小，液滴与材料表面接触角存在梯度差，使液滴在PDMS表面自驱动运动；2)改变激光的形状或者照射位置，通过控制工作台9精确的引导液滴在材料表面按照一定的路径运动；3)通过多束激光照射，可以在PDMS表面实现多液滴导向运输。

现有微流控技术主要是先根据所需的功能以PDMS为基底8制备微通道和微泵等，再进行芯片的键合封装。通过外加驱动力驱动流体在通道中运动。而本实用新型是通过激光照射液滴一侧微小区域进行亲水改性使得液滴与PDMS表面的接触角变小，利用液滴的接触角存在梯度差来驱动液滴运动，不需要施加驱动力。

现有技术都需要在封闭的微通道里驱动流体，形式单一。而本实用新型不需要制备微通道，通过控制激光的移动轨迹连续的对PDMS表面进行照射改性，从而引导液滴按照一定的路径运动。

现有的微流控芯片驱动技术都是对单一的流体进行驱动，效率低下。本实用新型可以同时控制多束激光对不同的液滴进行驱动，大大的提高了芯片的工作效率。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种紫外激光液体自驱动平台，其特征在于，包括激光器、计算机、控制模块、反射镜、透镜、玻璃罩、基底、以及移动模块；所述控制模块与激光器连接，控制并调整激光器发射激光的参数；所述计算机分别与控制模块和移动模块连接，分别控制发射激光参数及设定液体自驱动路径；所述基底安装在移动模块的移动端处，并与移动模块固定连接；所述玻璃罩设置在移动模块上，将基底罩住并密封；所述玻璃罩内填充臭氧；所述反射镜及透镜安装在移动模块上方，位于基底上方；所述基底采用聚二甲基硅氧烷材料制成，其表面具有疏水性能。

2.根据权利要求1所述的紫外激光液体自驱动平台，其特征在于，所述基底的表面为平面，无需刻画出供液体流动的微通道结构。

3.根据权利要求1所述的紫外激光液体自驱动平台，其特征在于，所述移动模块采用高精度三轴移动平台。

4.根据权利要求1所述的紫外激光液体自驱动平台，其特征在于，所述激光器能够发射多束激光，实现单次引导不同运动轨迹的多个液滴自驱动。