[發明專利]一種基于超疏水材料的桌面型微液滴化學反應實驗平臺

有效

• 申請號: 202110026465.4
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112827533B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 熊忠;冀承祥;劉美辰;劉敬旭;仲鑫;沈勝濤;王林凱
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: B01L9/02
• 分類號: B01L9/02;B01L9/00;B01F33/30;B01L1/00;B01F101/23
• 代理公司: 北京冠和權律師事務所 11399
• 代理人: 李建華

本發明公開了一種基于超疏水材料的桌面型微液滴化學反應實驗平臺和利用該實驗平臺進行實驗的方法。實驗平臺包括微液滴承接部件、微液滴轉移部件、微液滴振蕩反應部件、主體框架和機械控制組件，所述微液滴轉移部件實現微液滴從所述微液滴承接部件向所述微液滴振蕩反應部件的轉移；微液滴振蕩反應部件通過電動機帶動驅動輪和驅動桿運動，從而使振蕩平臺和振蕩平臺上的超疏水碗狀器皿呈波形振動，混合后微液滴在超疏水碗狀器皿中做周期性旋轉、滾動，實現振蕩、混合和加速液滴反應的目的。

技術領域

本發明涉及化學、材料及機電領域，具體涉及一種基于超疏水材料的桌面型微液滴化學反應實驗平臺和利用該實驗平臺進行實驗的方法。

背景技術

在化學分析和檢測過程中，傳統的化學反應往往需要消耗幾十、幾百毫升甚至更大體積的液體化學試劑。大量液體化學試劑的使用增加了實驗成本與廢液處理成本；化學反應器皿的清洗會造成大量水資源的浪費與污染，增加廢水處理成本；大量的化學試劑消耗會造成從生產到運輸以及使用過程中的環境污染與能源浪費。從源頭上減少液體化學試劑的消耗可以有效解決這些問題。

微流控技術是目前進行微化學反應的常見方式，它使用微管道(尺寸為數十到數百微米)來處理或操縱微小流體，具有微型化、集成化的特點，通常又被稱為微流控芯片、芯片實驗室。利用微流控技術，可以將化學反應(包括進樣、混合、反應、分離、檢測)集成到一個微小芯片上來進行。微流控芯片一般通過光刻、蝕刻和機械加工的方法在硅片、玻璃、聚二甲基硅氧烷和聚甲基丙烯酸甲酯等材料上制作，存在制作設備價格昂貴，制備工藝復雜等缺點，導致其制作成本高昂，無法適用于普通的微液滴化學反應。

近年來，通過控制材料表面的浸潤性來進行微液滴反應開始受到關注。中國發明專利(CN105833814B)提出了一種液滴自驅動式微反應器，通過親-疏水涂層梯度浸潤性設計，在微反應器流道內，為微液滴提供驅動力實現液滴體積比的精確控制，液滴的充分混合和快速運輸。然而，微流道的制備仍然采用了傳統微流體芯片的掩膜光刻方法，表面處理過程也非常繁瑣，制備成本難以降低。中國專利CN110523451A制備了一種磁性彈性超疏水基底，通過施加外界磁場，使反應器表面產生彈性凹陷，利用重力與液滴拉普拉斯力的協同作用，實現微液滴的輸送、旋轉攪拌和混合。該材料和方法僅在磁性彈性超疏水基底表面進行液滴的操作，無法實現液滴在三維空間的轉移和移取，液滴的攪拌和混合效率低，無法用于實際的微液滴化學反應。中國專利CN207745854U設計了一種基于磁液彈珠的微反應器，通過控制磁場來控制具有超疏水/油特性的磁液彈珠，引發彈珠內部液體的劇烈對流，強化擾動，使得反應物充分混合。該方法將反應液滴與磁性顆粒粉末進行混合，混合的磁性顆粒會干擾微液滴的化學反應，影響反應結果。Yang等人(Advanced materials，2018，30(9)，1704912)采用3D打印技術制備了具有高粘附性打蛋器微結構的液滴微反應器，并進行了三氯化鐵和氫氧化鈉的微液滴反應實驗，但其所述微反應器的制作過程較為復雜、成本較高，且在反應過程中無法進行振蕩操作，功能較為單一。截至目前，能夠實現微液滴的承接、移取或轉移、混合反應的低成本方法和裝置仍未報道，這也是目前實現微液滴化學反應的技術難點。

發明內容

針對上述背景中存在的不足，本發明專利目的是提供一種基于超疏水材料的桌面型微液滴化學反應實驗平臺，可以實現對微液滴的承接、無損轉移、振蕩混合等一系列微化學反應操作，具有操作簡單、功能多樣、低成本、靈活高效和可功能擴展的特點。

為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：

一種基于超疏水材料的微液滴化學反應實驗平臺，該實驗平臺包括微液滴承接部件、微液滴轉移部件、微液滴振蕩反應部件、主體框架和機械控制組件，

所述主體框架包括腔體和設于腔體內的操作平臺；

所述微液滴承接部件固定在所述操作平臺上，具有一個或多個承接件，所述承接件上設有可抽拉式的疏水容腔；