[发明专利]一种磁性液体弹珠及其光操控方法

说明书

本发明公开了一种磁性液体弹珠光操控方法。将疏水性四氧化三铁纳米粒子包裹在水滴表面得到磁性液体弹珠，并放置于水面上；使用光源呈一定角度照射在液体弹珠表面，在四氧化三铁纳米粒子的光热效应作用下，引起水表面张力变化，产生表面张力梯度，推动磁性液体弹珠在水面上的趋光性运动；磁性液体弹珠的趋光性可以通过光源照射区域进行切换，运动速度可以通过光照强度与入射角度进行控制。本发明操作简单灵活性高，方向和速度可控，且在不改变组成与光源种类的条件下实现磁性液体弹珠正负趋光性的按需切换，还有效地解决了磁性液体弹珠在磁场作用下输运过程中的液体蒸发与污染，为磁性液体弹珠作为液体输运载体提供了一种有效的解决方案。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种磁性液体弹珠及其光操控方法。

背景技术

微型系统中小体积液体的操控具有重要意义，在生物医学、微流体等领域有着广阔的应用前景。目前，实现小体积液体的运动多基于微流控装置，具有明显的缺陷，例如受限通道导致的运动自由度低以及不可避免的液体吸附等。液体弹珠是一种由微小液滴与疏水颗粒组成的稳定的液固复合体，它不仅倾向于形成一个不粘的液固界面，有效地降低了对液滴动态接触角滞后产生的运动阻力，还可以结合外部包覆的疏水颗粒的固有特性，如磁性或光敏性等对液体弹珠进行运动控制以实现对内部液体的操控。

磁性液体弹珠由于在生物技术方面的应用潜力，受到科研工作者的广泛关注。然而，目前报道的磁性液体弹珠的运动虽然可以依赖于它的磁场响应性，通过磁场进行驱动，但在驱动的同时，表面包覆的磁性疏水粒子往往会在磁场作用下发生移动，导致磁性液体弹珠表面出现“开口”。这一特点有利于将磁性液体弹珠作为微反应器，但是在液体弹珠作为液体输运载体方面确会存在一些问题，如液体输运过程中的蒸发与污染等。

发明内容

本发明目的在于提供一种磁性液体弹珠及其光操控方法，该方法具有操作简单、灵活性高、运动启停、方向和速度可调，且在不改变组成与光源种类的条件下实现正负趋光性的按需切换的特点。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种光操控磁性液体弹珠，其特征在于由疏水性四氧化三铁纳米粒子包裹在水滴表面组成；所述疏水性四氧化三铁纳米粒子为油酸改性的四氧化三铁纳米球形或类球形粒子，尺寸为10-15nm，具有超顺磁性，静态水接触角为140-155°；所述水滴的体积不大于45μL。

按上述方案，所述疏水性四氧化三铁纳米粒子按以下方式制备而来：在氮气保护的条件下，将摩尔比2:1的FeCl₃·6H₂O和FeCl₂·4H₂O于60℃搅拌溶于去离子水中，先后加入氨水和油酸，持续搅拌15min，冷却至室温，磁分离后分别采用去离子水和乙醇清洗，室温干燥。

所述的磁性液体弹珠的光操控方法，通过调控光源入射方向实现液体弹珠运动状态的控制；光源由上至下斜入射时，磁性液体弹珠产生趋光运动；光源水平照射，磁性液体弹珠静止不动。

按上述方案，通过光源照射区域的控制，实现趋光性的控制；当光斜向照射磁性液体弹珠上半部，实现正趋光运动；当光斜向照射磁性液体弹珠下半部，实现负趋光运动。

按上述方案，磁性液体弹珠的运动速率通过调控光源强度和光照角度进行控制。

按上述方案，所述光源为波长为365-808nm的点光源。

按上述方案，所述磁性液体弹珠在微输运中的应用。