[發明專利]一種定向輸運液滴的超疏水磁性微纖毛陣列及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910154030.0
• 申請日: 2019-03-01
• 公開（公告）號: CN109876874B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 劉克松;賁霜;田東亮;寧宇震;姚金佳
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

本發明公開了一種定向輸運液滴的超疏水磁性微纖毛陣列及其制備方法和應用，屬于功能材料及液體控制技術領域。所述超疏水磁性微纖毛陣列，微纖毛高度1～3.5mm，相鄰兩個微纖毛尖端之間的間距l為0.6～2.0mm。將本發明制備的磁性微纖毛陣列固定在水平玻璃片上，制備磁驅動裝置，可以實現水滴的定向連續輸運。本發明制備方法簡單，原料易得，成本低并且超疏水，機械性能穩定；只要表面足夠大，輸運結果不受液滴大小的限制，可用于液滴的定向連續輸運，在生產、環保等領域具有廣泛應用。

技術領域

本發明屬于功能材料及液體控制技術領域，具體涉及一種定向輸運液滴的超疏水磁性微纖毛陣列及其制備方法和應用。

背景技術

微流體系統在疾病的快速診斷、生物分析、藥物篩選、高精度材料合成等方面具有重要意義。其中，在液體輸運的過程中，能夠連續的定向輸運在醫學治療、微流體/微管道定向輸運、仿生學機械研究、藥物輸送系統等新技術的發展中顯得尤為重要。液體的定向輸運行為通常需要使用機械泵等推動裝置實現，這種方法不僅會增加技術設計難度，也會消耗大量能源，從而限制了液滴輸運的應用。

超疏水磁性微纖毛陣列在磁鐵作用下會產生微小的形變，并且微纖毛彎曲過程中產生各向異性支持力的特性，使液滴僅通過超疏水磁性微纖毛陣列彎曲產生的凹陷和磁鐵運動過程中液滴邊界產生的驅動力即可實現液滴的定向連續輸運，基于這一原理，通過合理設計和調整器件結構及參數，有望解決以上難題。

發明內容

本發明提供了一種定向輸運液滴的超疏水磁性微纖毛陣列及其制備方法和應用。將磁性微纖毛陣列固定在水平玻璃片上，然后將水滴滴加到磁性微纖毛陣列表面，并采用磁鐵在玻璃片下方施加磁場(≈0.37T)，將磁鐵接近磁性微纖毛陣列，水滴會在磁性微纖毛陣列彎曲產生的凹陷和磁鐵運動過程中液滴邊界產生的驅動力作用下，沿磁鐵運動方向運動，實現水滴的定向連續輸運。

本發明首先提供一種定向輸運液滴的超疏水磁性微纖毛陣列的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟一，聚氯乙烯(PVC)薄板上制備錐形孔陣列；

在商用的聚氯乙烯(PVC)薄板上利用固定了不銹鋼針的機械臂沖擊形成規則排列的15×15的錐形孔陣列。

步驟二，將200mg顆粒直徑為30nm-2μm的鈷粒子粉末均勻地分散到上述錐形孔陣列內。

步驟三，配制前驅體和固化劑質量比為8：1～10:1的聚二甲基硅氧烷(PDMS)的混合物，抽真空除氣后澆于具有規則錐形孔且孔內分散有鈷粒子粉末的PVC薄板表面，在80℃的烘箱中固化6h。固化過程中在PVC薄板正下方施加外磁場。固化完全后，將PVC薄板放入預先制備好的常溫四氫呋喃溶液中24h。將PVC薄板溶解之后，便可得到有序排列的磁性微纖毛表面。

步驟四，將磁性微纖毛表面放入0.042mol/L的超疏水二氧化硅納米粒子(粒徑14nm)/正己烷溶液中浸泡20min～24h后取出，空氣中干燥24小時，即可得到超疏水磁性微纖毛陣列。

上述方法制備得到的所述超疏水磁性微纖毛陣列，微纖毛高度1～3.5mm，優選為2.5～3.5mm。

所述磁性微纖毛陣列為超疏水磁性微纖毛陣列，相鄰兩個微纖毛尖端之間的間距l為0.6～2.0mm，優選間距為0.6～0.75mm。

應用所述的超疏水磁性微纖毛陣列制備定向連續輸運液滴微粒的裝置，具體為：

將超疏水磁性微纖毛陣列與磁鐵組裝起來，制得定向連續輸運液滴的磁驅動裝置，用于定向輸運液滴。當液滴的直徑d大于3l小于8l時，所述磁驅動裝置可以實現定向連續輸運。其中，l為相鄰兩個微纖毛尖端之間的間距。

本發明的優點在于：