基于超疏液表面的磁激励开放式微流控技术研究

发布时间：2020-12-18 08:36

　　基于液滴操控的数字微流控技术,由于其精准度高、样品消耗量小、反应迅速、可控性好、高通量等特点,已逐渐在化学反应、生物医学、单细胞分析、药物合成等方面展现出独特的优势。传统的基于微流体管道的液滴操控技术主要是通过微管道结构的几何限制结合微泵和微阀结构的控制作用,来实现微液滴的操控。然而,该技术一方面需要通过昂贵的微加工工艺实现复杂微泵、微阀结构的集成,制作成本较高;另一方面,由于管道尺寸的限制,所能操控液滴的尺寸范围存在较大局限性,越来越不能满足复杂体系下多元分析的需求。相对于传统的基于微流体管道的数字微流控技术,开放式液滴操控技术主要是利用超疏液表面的润湿性和粘附性,依靠自身重力或者外部激励(电场、磁场、声场等)来实现液滴的操控,完成微量、快速、高效的生化反应。其中,液滴磁操控技术因其具有制备简单、操作灵活、响应时间短、生物相容性好且兼容磁分离技术等特点,近年来引起了国内外科研工作者浓厚的兴趣。因此,对开放式液滴磁操控技术的研究具有十分重要的学术意义和广泛的工程应用前景。目前开放式液滴磁操控技术的研究主要集中在磁场驱动方式和新型超疏液表面制备两个方面。在磁场驱动方式上,主要采用永磁体或... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：148 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

基于表面能量陷阱的液滴磁操控平台示意图[81]Fig.1.1Schematicdiagramofthesurfaceenergytraps(SETs)-basedmagneticallyactuateddropletmanipulationplatform[81]

)，完成的是纯液滴的操控。如图1.2所示，2014年，美国麻省理工学院(Massachusetts Institute ofTechnology, USA)的科学家Kripa K. Varanasi等利用磁流体的润滑性和磁性，通过毛细作用力将磁流体锁住在微纳结构中，构筑了基于油基磁流体的超滑表面，在永磁体驱动下，完成了液滴的操控[89]。该表面不仅可以在很小的磁场下实现液滴

磁颗粒的混合溶液浇筑到具有阵列墙结构的钢模型上得到，随后在结构上生长出氧化锌纳米线，使其超疏水化。通过磁场控制墙阵列的方向，达到操控液滴移动的目的，如图1.3所示。在此研究基础上，韩国国立首尔大学(Seoul NationalUniversity, Republic of Korea)的Jeong Hun Kim等人利用PDMS和磁颗粒混合溶液在磁场作用下自组装成微柱阵列，制作出了可以操控液滴运动的磁性超疏水薄膜，避免了微纳加工工艺，降低了成本[111]。液滴操控原理与前面提到的磁性超疏水墙阵列结构驱动原理类似，也是通过施加磁场控制微柱的方向，驱动液滴运动。与前面需要构造超疏水表面不同的是，2016年美国利哈伊大学(Lehigh University,USA)的Manoj K. Chaudhury等人在PDMS弹性薄膜上加载一层油膜，替代超疏水层，使得液滴与表面不浸润[112]。在磁场的作用下

【参考文献】：
期刊论文
[1]超疏水的理论模型发展及其影响因素分析[J]. 苏星,彭云峰.  功能材料. 2016(S2)
[2]仿生超疏水表面的制备与应用的研究进展[J]. 赵晓非,杨明全,章磊,王顺武,刘立新.  化工进展. 2016(09)
[3]超疏水材料表面液—气界面的稳定性及演化规律[J]. 吕鹏宇,薛亚辉,段慧玲.  力学进展. 2016(00)
[4]Bio-inspired artificial cilia with magnetic dynamic properties[J]. Leilei SUN,Yongmei ZHENG.  Frontiers of Materials Science. 2015(02)
[5]超疏水表面润湿性能研究[J]. 王雪梅.  广东化工. 2013(11)
[6]超疏水表面润湿理论研究进展[J]. 郭树虎,于志家,罗明宝,孙晓哲.  材料导报. 2012(05)
[7]植物叶表面的润湿性及其生态学意义[J]. 石辉,王会霞,李秧秧.  生态学报. 2011(15)
[8]超疏水表面黏附性的研究进展[J]. 赖跃坤,陈忠,林昌健.  中国科学:化学. 2011(04)
[9]仿生超疏水表面的制备技术及其进展[J]. 何继燕,李东徽,张晋恒,赵红伟.  重庆科技学院学报(自然科学版). 2009(02)



本文编号：2923703