[发明专利]一种利用微电磁棒操控液滴的方法

说明书

技术领域

本发明属于微流控技术领域，涉及一种利用微电磁棒操控液滴的方法。

背景技术

基于液滴操控的数字微流控技术(Digital Microfludics)具有控制单个液滴的能力，可控性好，能耗低，无需复杂的微泵、微阀结构，可应用于高集成度、多步骤复杂操作的微生化分析过程，近年来在微型生物和化学分析领域受到广泛关注，成为当前微流控技术发展最活跃的领域之一。

目前数字微流控技术主要采用电润湿方式(Electrowetting)进行样品液滴的操控，电润湿驱动方式是通过在介质膜下面的微电极阵列上施加电势来改变介质膜与表面液体的浸润特性,即通过局部改变液滴和固体表面的三相接触角，造成液滴两端不对称形变，使液滴内部产生压强差，来实现对液滴传输的操作和控制，包括液滴的取样、输运、混合、分裂等。但是基于电润湿方式数字微流控技术需要在芯片上制作复杂的微电极阵列，工艺加工难度大，芯片成本较高，限制了该类芯片的广泛应用；且该类芯片往往受制于其集成微电极阵列的几何尺寸、排布等因素，在可操控液滴的体积、输运路径和范围等方面受到很大限制，同时基片表面金属电极的存在也影响了透射式光学观测的应用。

虽然近年来也有一些利用光学、热毛细作用和声表面波等技术进行液滴操控的报道，但是这些方法在液体操控的灵活性、应用的可靠性方面均具有较大的局限。而基于磁力的微液滴操控，由于其操作简便，且兼容成熟的磁分离技术，因而近年来受到广泛关注。但是，目前基于磁力的微液滴操控技术，要么采用永磁体，要么采用集成于芯片表面的微磁圈，实现包含磁珠液滴在芯片表面的输运和混合等操控。两种方式均有各自的局限，永磁体方法由于磁体体积相对较大，难以实现多个密集排布磁性液滴中单一目标液滴的高分辨率操控，且难以实现显微光学实时观测；而集成式微磁圈方法则需要复杂昂贵的微加工过程制作芯片，成本较高，不利于广泛应用。因此，需要发展同时具备操作简便、灵活、可控性好、成本低廉、可实现复杂操控的液滴操控平台。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用微电磁棒操控液滴的方法，能够快速、灵活地实现液滴操控，有望促进数字微流控技术的实际应用和快速发展。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用微电磁棒操控液滴的方法，所述方法基于磁力、表面张力和重力的竞争，以经过超疏水表面处理的微电磁棒和基片为平台，通过开关微电磁棒实现对含磁珠液滴在超疏水基片表面的吸、放操作，同时结合电磁棒的位移或者液滴座落平台的位移，完成对含磁珠液滴的输运、融合、混合操作以及完成含磁珠液滴中固相磁珠与液相的分离操控。

进一步地，所用微电磁棒由磁芯微棒缠绕通电线圈制成；所述磁芯微棒的截面为圆形，所述磁芯微棒与含磁珠液滴接触的一端为锥形端，且所述锥形端预先经超疏水表面处理。

进一步地，所用磁芯的材料为铁、锰-锌铁氧体或镍-锌铁氧体，所述磁芯微棒的直径范围为1～10mm。

进一步地，所述磁珠为顺磁性微球，直径范围为1～100μm。

进一步地，所述超疏水基片的表面包含凹形局域结构或者亲水局域结构。

进一步地，所述含磁珠液滴的输运操作步骤如下：

将所述微电磁棒的尖端接触位于所述超疏水基片表面的含磁珠液滴；

开通所述微电磁棒的电源，使其尖端产生磁场，通过磁力作用吸住所述含磁珠液滴中的磁珠；

上移所述微电磁棒，使所述微电磁棒利用吸住的磁珠通过表面张力提起所述含磁珠液滴；

平移携带所述含磁珠液滴的微电磁棒至目标位置上方，下移所述微电磁棒，使所述含磁珠液滴接触目标位置基片表面；

关闭所述微电磁棒的电源，消除磁力作用，使所述含磁珠液滴与所述微电磁棒脱离，在重力作用下坐落于目标位置，完成液滴输运。

进一步地，所述含磁珠液滴的融合操作步骤如下：

将所述微电磁棒的尖端接触位于所述超疏水基片表面的含磁珠液滴；

开通所述微电磁棒的电源，使其尖端产生磁场，通过磁力作用吸住所述含磁珠液滴中的磁珠；

上移所述微电磁棒，使所述微电磁棒利用吸住的磁珠通过表面张力提起所述含磁珠液滴；

平移携带所述含磁珠液滴的微电磁棒至目标液滴上方，下移微电磁棒，使所述含磁珠液滴与目标液滴接触，通过表面张力作用实现融合；

关闭所述微电磁棒的电源，消除磁力作用，使融合的液滴与微电磁棒脱离，完成液滴融合。

进一步地，所述含磁珠液滴的混合操作步骤如下：

将微电磁棒尖端接触包含磁珠的融合液滴；