[发明专利]一种光控液滴运动的方法、光控液滴运动微管及其制作方法

说明书

本发明涉及一种光控液滴运动的方法、光控液滴运动微管及其制备方法，该技术利用光控液滴运动微管的不对称形变导致外壁曲率的梯度变化，诱导产生拉普拉斯压差来驱动液滴的运动。本发明不仅可以驱动各种极性和组成的液滴，还可以实现驱动液滴进行搅拌、融合、传输微小物体等液滴操控，甚至可以驱动液滴进行多级化学反应，在微反应器、微机械系统、芯片实验室、微量液体传输、生物医用器件、集水设备等领域有着巨大的应用潜力。

技术领域

本发明属于光控液滴技术领域，具体地说，涉及一种光控液滴运动的方法、光控液滴运动微管及其制作方法。

背景技术

在开放环境中光控液滴运动的技术无论是对基础科学研究还是工业应用都具有重大意义。然而，由于受到三相接触线阻力作用，目前开放环境下的光控液滴运动技术，无论是光致的润湿性梯度或马兰戈尼效应都只能驱动液晶、油酸、橄榄油等少数几种特殊种类的液滴，且驱动速率小于0.3mm/s(Lab Chip,2012,12,3637),而对于生化实验室常用的液体均无法实现有效驱动，满足不了实际应用对液体种类和驱动速率的要求。

因此，开发适用于液体种类丰富的新型光控液滴技术势在必行。

申请号为CN201610623513.7的中国专利《一种光控液滴运动的方法》中揭露了一种微管执行器，所述微管执行管采用光致形变智能高分子材料制备得到，其管径可在光的刺激下发生变化，在实际运用过程中，操作者将液滴滴入执行管内，并且需要保持执行管内部处于全部润湿的状态(减少液体和固体之间的粘滞阻力)，光照执行管诱导管内的液滴朝向一定的方向运动。

然而这种微管执行器是在封闭的管内实现液滴运动操控，其运动自由度受到限制，比如这种微管执行器就不能够利用光控液滴完成微尺度的多级生化反应；并且，在这种封闭式的执行管内不能对批量的液滴进行自由操控，导致其不能被适用于批量液体控制当中，也就是说，微管执行器的驱动是通过改变执行器的管径来完成的，则同一执行管的管径会统一变化，导致不能对多液滴同时进行自由操控；当然，也不能实现液滴的可控有效释放分离，因此其实用性也受到了一定程度的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光控液滴运动的方法、光控液滴运动微管及其制备方法，通过毛细管的光致形变引发的外壁表面曲率变化，诱导液滴内部产生拉普拉斯压差，实现液滴的自驱动，实现了在开放环境下实现液体的操控，提高液滴的运动自由度，并且可实现光控液滴完成微尺度的多级生化反应，该方法可实现批量液滴的自由操控而不会对其他液滴产生影响，并且可完成液滴的可控有效释放分离。

本发明提供的这项技术适用液体种类广、驱动速度快，极大地提升了光控液滴技术的实用性，在新型微反应器、微光机系统、微机械系统、生物医药器件等领域具有重要应用价值。

本发明的第一方面，提供了一种光控液滴运动的方法，包括步骤：

提供一毛细管，所述毛细管外径为0.002-2.999mm，内径为0.001-2.998mm，且所述毛细管的管壁材料为含有偶氮苯基团的高分子材料；在毛细管的外壁悬挂液滴；用不同强度的光源照射外壁上悬挂液滴的毛细管，从而驱动液滴由光强度高的一端向光强度低的方向运动。

在一些实施例中，所述不同强度的光源由衰减过滤片产生。

在一些实施例中，所述液滴为水相液体或有机相液体，当所述液滴为水相液滴时，所述毛细管的外壁涂覆有亲水涂层，当所述液滴为有机相液滴时，所述毛细管的外壁涂覆有疏水涂层或没有涂覆疏水涂层，当所述液滴同时有水相和有机相液滴时，所述毛细管的外壁涂覆有双疏涂层，此时，可原位同时驱动水相和有机相液滴。

在一些实施例中，所述液滴为硅油、正己烷、乙酸乙酯、丙酮、乙醇、水、异丙醇、甲苯、戊烷、庚烷、辛烷、环己酮、环氧丙烷、甲基丁酮、甲基异丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙腈、吡啶、气液流体、乳化液、气固流体、汽油、生化液体、盐溶液以及以上液体的混合液体。