[發明專利]一種微液滴的制備及操控方法

有效

• 申請號: 202010869071.0
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112007583B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 鄧旭;于凡斐;孫強強;楊金龍
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: B01J2/02
• 分類號: B01J2/02;B01J13/02;B01J13/04
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李林合

本發明公開了一種微液滴的制備及操控方法。制備微液滴時先制備超雙疏表面，然后通過調節超雙疏表面的懸空高度，傾斜角度以及液滴在超雙疏表面的撞擊速度即可在超雙疏表面形成尺寸不同的微液滴，再用帶負電的操控部件靠近微液滴，在電荷相互作用下，實現對微液滴的抓取和操控。與之前的工藝和技術不同的是，本發明中的方法不需要任何額外復雜的設備或驅動機制，僅通過液滴在超雙疏表面的沖擊就可得到微米至毫米級別大小可控的液滴，并且能實現其無損操控。該方法簡便有效，為實現微液滴的生成和操縱應用提供了一種有效的候選方法。

技術領域

本發明屬于微液滴制備技術領域，具體涉及一種微液滴的制備及操控方法。

背景技術

微液滴作為一種優良的微型載體，在噴墨打印、生物檢測、微化學反應器等微納米技術和生物化學技術領域有著廣泛的應用。然而，盡管微液滴在科學和工業應用方面具有很高的潛力，但它的產生和操作往往是繁雜困難的。到目前為止，用于產生微小液滴的微納米流體技術通常包括通道、噴嘴或針管等封閉部件。封閉部件的使用會大大限制更小微液滴的產生，要想獲得更小的微液滴，需要通過極大地縮小噴嘴的尺寸或使用額外的驅動機制如熱噴射、電場等。然而，將噴嘴尺寸減小到微米尺度不僅會大大降低其機械性，而且會導致噴嘴在實際應用中過于脆弱。再者，通過外部驅動機制獲得微液滴時通常會導致高的噴射速度，這在許多情況下是不希望的，并且需要昂貴和復雜的設備或高能耗。因此，以一種簡便可行的方法生產微液滴仍是一項重要而具有挑戰性的研究。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題和缺陷，本發明的目的在于提供一種微液滴的制備及操控方法。與之前的工藝和技術不同的是，本發明中的方法不需要任何額外復雜的設備或驅動機制，僅通過液滴在超雙疏表面的沖擊就可得到如圖1所示的微米至毫米級別大小可控的液滴，并且能實現其無損操控。該方法簡便有效，為實現微液滴的生成和操縱應用提供了一種有效的候選方法。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：提供一種微液滴的制備及操控方法，包括以下步驟：

S1：制備超雙疏表面，所述超雙疏表面包覆有與水接觸后經電荷分離帶負電的涂層；

S2：將超雙疏表面懸空且傾斜放置，然后用直徑為1.8mm～4.5mm的液滴沖擊超雙疏表面若干次，通過調節超雙疏表面的懸空高度、傾斜角度和/或液滴的沖擊速度即可在超雙疏表面形成粒徑不同的微液滴；其中，超雙疏表面的懸空高度在3cm～7cm的范圍內進行調節；超雙疏表面的傾斜角度在2°～60°的范圍內進行調節；液滴的沖擊速度在0.3m/s～2.5m/s的范圍內進行調節；

S3：用帶負電的操控部件靠近微液滴，在電荷相互作用下，實現對微液滴的抓取和操控。

本發明通過液滴在超雙疏表面的沖擊過程中產生表面電荷(接觸帶電機制)，使得超疏水表面帶上負電荷，而沖擊的液滴帶上同等電量的正電荷。由于正負電荷的吸引，液滴在表面鋪展后的收縮過程中會與超雙疏表面產生界面黏附，從而僅僅發生部分液體反彈，在表面留下小液滴。所產生的液滴大小可以通過改變沖擊速度、沖擊次數以及屏蔽距離來進行調控。沖擊速度越大、沖擊次數越高或懸空高度越大，沖擊時產生的表面電荷就會越多，從而界面黏附越大，所殘留的小液滴也會越大；另外，傾斜角度越大，液滴沖擊超雙疏表面后越難在超雙疏表面上殘留，最終形成的小液滴就會越小。此外，基于表面電荷可以被屏蔽或消除的特性，該方案所產生的微液滴是可移動的，可以很容易地進行無損操控。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，超雙疏表面經過以下步驟制得：

SS1：取厚度為170μm的玻璃片，將其在燃燒的蠟燭火焰上方來回移動，以在玻璃片表面沉積一層蠟燭灰；

SS2：將經過SS1處理后的玻璃片放入裝有正硅酸乙酯和氨水的真空干燥設備中，抽真空后氣相沉積20～25h；