[发明专利]一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控方法

说明书

本发明属于微流控技术领域，具体涉及一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控方法，本发明的磁激励实现液滴操控的微流控装置包括T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和磁铁。在超疏水表面放置液滴，然后在距离超疏水表面小于1cm处移动磁铁改变区域磁场分布，可以控制亲水性磁性微球驱动器与液滴接触，并实现对液滴的定点或定向等操控。本发明中的磁性微球可在微结构内部自由运动，运动阻力小，因而可以在低磁场下实现低粘附态‑高粘附态之间的快速实时转变，且由于磁场的存在，本发明的微流控装置对液滴的操控可以实现远程无污染控制，操控简单易行，并适用于不同种液滴，适用性强。

技术领域

本发明属于微流控技术领域，具体涉及一种磁激励实现液滴操控的微流控装置及其操控方法。

背景技术

微流控系统(也称为芯片实验室)被广泛应用于小体积生物、化学样品的分析检测中，取代传统分析中使用的繁琐且昂贵的仪器设备。在芯片实验室使用过程中，需要对液滴进行多种基本操作，包括液滴形成、输运、分离、混合等。目前，基于介电润湿机制的数字微流控技术已经得到了广泛的应用，然而它只能用于操控高介电常数的液体，且操作电压高、电路系统较为复杂。近年来，磁激励微流控技术得到越来越多的关注，它具有远程控制、适用多种液滴、和生物医学技术相容性好等独特优点。因此，开发新型磁激励液滴操控技术，有望拓宽微流控技术在生物化学分析及微反应器等领域中的应用。

在开放型的微流控系统中，要求其表面对液滴具有低摩擦阻力，以便液滴运动。其中超疏水表面具有液体排斥功能，位于表面的水滴能自发收缩为球形，且具有大于150°的接触角，摩擦阻力极低，因而超疏水表面常被用作开放型微流控系统的基底材料。同时，为对超疏水表面液滴进行操控，传统方法一般是在液滴中添加磁性粒子并施加磁力，但该方法不仅会造成液滴的污染，而且后期还需要分离磁性粒子，造成操作成本提高。此外，虽然近些年来也涌现了多种不同的磁激励超疏水表面用于对其表面的非磁性液滴进行操控，然而这些表面均需要在强磁场条件下工作，不利于实际应用。

因此，需要一种低磁场条件、对不同种液滴适用性强、远程无污染控制、运动阻力小、操控简单易行的微流控装置，以解决上述问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种磁激励实现液滴操控的微流控装置，该装置包括T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和永磁铁，所述亲水性磁性微球驱动器位于超疏水表面的T形截面条状微结构内，通过在超疏水表面放置液滴，然后在距离超疏水表面小于1cm处移动永磁铁改变区域磁场分布，可以控制亲水性磁性微球驱动器与液滴接触，在低磁场下即能实现对液滴的定点或定向等操控。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供了一种磁激励实现液滴操控的微流控装置，所述微流控装置包括T形截面条状微结构超疏水表面、亲水性磁性微球驱动器和磁铁，所述T形截面条状微结构平行设置，所述T形截面条状微结构之间为条状通道，所述亲水性磁性微球驱动器位于超疏水表面T形截面条状微结构的条状通道内，并可在条状通道内移动，所述T形截面条状微结构的宽度为300-1500μm，距离为200-1400μm，条状通道的深度为300-2000μm。

用同样的方法，可以设计尺寸更小的结构，例如若干微米、几十微米到一两百微米。

优选地，所述磁铁的型号为钕铁硼强磁N35，大小为3-60mm，磁场强度为矫顽力868(KA/m)，剩磁1.17-1.23(T)。

本发明还提供了上述的磁激励实现液滴操控的微流控装置的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

S1、制备T形截面条状微结构超疏水表面：首先通过微纳加工工艺制备具有T形截面条状微结构的样品，然后进行离子表面处理，并喷涂超疏水微纳米涂层，得到T形截面条状微结构超疏水表面；

S2、制备亲水性磁性微球驱动器：