[发明专利]基于疏水性磁弹薄膜的可编程液滴移动系统及其驱动方法

说明书

本发明公开了一种基于疏水性磁弹薄膜的可编程液滴移动系统及其驱动方法，包括自下而上设置在在固定支架上的线圈组阵列、支撑板、硅橡胶层和疏水性磁弹薄膜；线圈组阵列由若干根柱形线圈构成并以阵列形式竖直设置；支撑板、硅橡胶层和疏水性磁弹薄膜自下而生水平铺设并置于线圈组阵列上方，疏水性磁弹薄膜由内嵌在疏水性磁弹膜中的若干个经过磁化的磁块构成；在每个柱形线圈的正上方设置一个磁块，且在横、纵两方向上每相邻两个柱形线圈连线的中点处设置一个磁块；该系统及其驱动方法采用超疏水性磁弹薄膜和微电磁线圈实现液滴可编程平稳匀速移动，灵活性强，不影响液滴自身理化性质，且对液滴特性耐受性高，驱动方法简单灵活，易操控。

技术领域

本发明涉及液滴控制液滴控制技术领域，特别涉及一种基于疏水性磁弹薄膜 的可编程液滴移动系统及其驱动方法。

背景技术

在生物、化学、材料等领域的测试实验和科学研究中，需要对各种液滴样本、 试剂进行复杂的操作测试。特别是在具有辐射、毒性的液剂测试中，科研、医疗 工作人员需要佩戴有效防护装置来防止对人体的危害。人工操作测试液滴样本会 耗费大量的实验器材，同时也产生了大量的医疗垃圾，对环境造成了极大的污染。 因此，液滴的自动控制是我们亟待解决的问题。精准液滴控制技术在物理、化学、 生物、医疗等多个领域都有着广泛的应用价值。

随着对液滴动力学特性理解的逐渐加深，研究人员借助电学、磁学、光学、 机械等方法实现对液滴及其界面行为的精准操控。目前液滴驱动方式有电介质上 的电润湿(EWOD)、表面声波、气动驱动、热毛细效应、光致驱动等。但上述 的方法也存在一定的弊端。已公开专利申请CN201880002445.X公开了一种使用 电润湿技术进行液滴操纵的方法，电润湿技术将被控液滴放置于电场之中，能很 好地实现液滴控制，但此方法可能导致液滴内部成分发生电离等情况，改变其理 化性质影响实验结果。已公开专利申请CN201710111235.1公开了一种有创磁控 驱动液滴移动方案，该方案以微电磁棒和基片为平台，通过微电磁棒实现对含磁 珠液滴的输运、融合、混合等操作，但该方案液滴中参杂磁性材料，可能改变原 有液滴的理化性质干扰实验结果。

相比之下，采用超疏水性磁弹薄膜和微电磁线圈的液滴可编程移动控制系统 有着更好的灵活性，不影响液滴的基本性质，且有着对液滴特性相对较高的耐受 性，不改变液滴自身的理化性质，其精准操作在化学、生物、医疗等多个领域都 有着广泛的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种可编程操纵实现液滴移动、混合等功能的基于疏水 性磁弹薄膜的可编程液滴移动系统

本发明的另一目的是提供一种基于疏水性磁弹薄膜的可编程液滴平稳匀速 移动系统的驱动方法。

为此，本发明技术方案如下：

一种基于疏水性磁弹薄膜的可编程液滴移动系统，包括自下而上设置在在固 定支架上的线圈组阵列、支撑板、硅橡胶层和疏水性磁弹薄膜；其中，

线圈组阵列由若干根柱形线圈构成，其以M×N的均布排列的阵列形式并采 用竖直设置的方式均布固定在底板上，M和N均为大于1的整数；各柱形线圈 由在相同线圈套采用相同绕线方向环绕相同匝数形成；

支撑板采用能够使磁场穿透的硬性制成板，其水平设置在线圈组阵列的上 方；硅橡胶层水平铺设在支撑板的上表面；

疏水性磁弹薄膜由内嵌在疏水性磁弹膜中的若干个具有相同尺寸且均经过 磁化的磁块构成；若干个磁块的数量与设置位置与线圈组阵列中柱形线圈的数量 与位置相关：在每个柱形线圈的正上方设置一个正方形磁块，且在横、纵两方向 上每相邻两个柱形线圈连线的中点处设置一个正方形磁块；各磁块预先磁化为： 位于各柱形线圈正上方的磁块采用磁化方向垂直于水平面的方式磁化，且横、纵 方向上位于相邻位置上的两个磁块的磁化方向相反；位于各柱形线圈之间的磁块 采用磁化方向沿水平面方向的方式磁化，且磁化方向为由相邻的沿垂直向下磁化 方向磁化形成的磁块位置沿水平方向指向相邻的沿垂直向上磁化方向磁化形成 的磁块位置。