[发明专利]一种定向输运液滴的超疏水磁性微纤毛阵列及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种定向输运液滴的超疏水磁性微纤毛阵列及其制备方法和应用，属于功能材料及液体控制技术领域。所述超疏水磁性微纤毛阵列，微纤毛高度1～3.5mm，相邻两个微纤毛尖端之间的间距l为0.6～2.0mm。将本发明制备的磁性微纤毛阵列固定在水平玻璃片上，制备磁驱动装置，可以实现水滴的定向连续输运。本发明制备方法简单，原料易得，成本低并且超疏水，机械性能稳定；只要表面足够大，输运结果不受液滴大小的限制，可用于液滴的定向连续输运，在生产、环保等领域具有广泛应用。

技术领域

本发明属于功能材料及液体控制技术领域，具体涉及一种定向输运液滴的超疏水磁性微纤毛阵列及其制备方法和应用。

背景技术

微流体系统在疾病的快速诊断、生物分析、药物筛选、高精度材料合成等方面具有重要意义。其中，在液体输运的过程中，能够连续的定向输运在医学治疗、微流体/微管道定向输运、仿生学机械研究、药物输送系统等新技术的发展中显得尤为重要。液体的定向输运行为通常需要使用机械泵等推动装置实现，这种方法不仅会增加技术设计难度，也会消耗大量能源，从而限制了液滴输运的应用。

超疏水磁性微纤毛阵列在磁铁作用下会产生微小的形变，并且微纤毛弯曲过程中产生各向异性支持力的特性，使液滴仅通过超疏水磁性微纤毛阵列弯曲产生的凹陷和磁铁运动过程中液滴边界产生的驱动力即可实现液滴的定向连续输运，基于这一原理，通过合理设计和调整器件结构及参数，有望解决以上难题。

发明内容

本发明提供了一种定向输运液滴的超疏水磁性微纤毛阵列及其制备方法和应用。将磁性微纤毛阵列固定在水平玻璃片上，然后将水滴滴加到磁性微纤毛阵列表面，并采用磁铁在玻璃片下方施加磁场(≈0.37T)，将磁铁接近磁性微纤毛阵列，水滴会在磁性微纤毛阵列弯曲产生的凹陷和磁铁运动过程中液滴边界产生的驱动力作用下，沿磁铁运动方向运动，实现水滴的定向连续输运。

本发明首先提供一种定向输运液滴的超疏水磁性微纤毛阵列的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一，聚氯乙烯(PVC)薄板上制备锥形孔阵列；

在商用的聚氯乙烯(PVC)薄板上利用固定了不锈钢针的机械臂冲击形成规则排列的15×15的锥形孔阵列。

步骤二，将200mg颗粒直径为30nm-2μm的钴粒子粉末均匀地分散到上述锥形孔阵列内。

步骤三，配制前驱体和固化剂质量比为8：1～10:1的聚二甲基硅氧烷(PDMS)的混合物，抽真空除气后浇于具有规则锥形孔且孔内分散有钴粒子粉末的PVC薄板表面，在80℃的烘箱中固化6h。固化过程中在PVC薄板正下方施加外磁场。固化完全后，将PVC薄板放入预先制备好的常温四氢呋喃溶液中24h。将PVC薄板溶解之后，便可得到有序排列的磁性微纤毛表面。

步骤四，将磁性微纤毛表面放入0.042mol/L的超疏水二氧化硅纳米粒子(粒径14nm)/正己烷溶液中浸泡20min～24h后取出，空气中干燥24小时，即可得到超疏水磁性微纤毛阵列。

上述方法制备得到的所述超疏水磁性微纤毛阵列，微纤毛高度1～3.5mm，优选为2.5～3.5mm。

所述磁性微纤毛阵列为超疏水磁性微纤毛阵列，相邻两个微纤毛尖端之间的间距l为0.6～2.0mm，优选间距为0.6～0.75mm。

应用所述的超疏水磁性微纤毛阵列制备定向连续输运液滴微粒的装置，具体为：

将超疏水磁性微纤毛阵列与磁铁组装起来，制得定向连续输运液滴的磁驱动装置，用于定向输运液滴。当液滴的直径d大于3l小于8l时，所述磁驱动装置可以实现定向连续输运。其中，l为相邻两个微纤毛尖端之间的间距。

本发明的优点在于：