[发明专利]光热操控液滴三维迁移装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种光热操控液滴三维迁移装置及使用方法；光热操控液滴三维迁移装置，包括容器和挡光盘，其特征在于：容器内设置有液态流体，用以给待操控液滴提供液相环境；液滴的密度大于所述液态流体的密度，使液滴位于容器底部；在容器底部内表面涂覆有膜，该膜用于防止液滴黏附在容器底部；所述容器上方设置红外激光器；该红外激光器受控制器一控制，在容器上方进行水平移动；所述挡光盘位于容器和红外激光器之间，挡光盘受控制器二控制在容器上方水平移动；红外激光器对液态流体和液滴同时加热，液态流体在容器内形成向上的回流，提供液滴向上的拖拽力；液滴表面产生远离激光的流动，提供液滴向上的升力，在两种力的作用下所述液滴被推动向上移动；本发明可广泛应用于化学物合成、流体输运、生化分析检测等领域。

技术领域

本发明涉及微流控领域，特别是涉及一种光热操控液滴三维迁移装置及使用方法。

背景技术

液滴微流控技术是采用互不相溶的两种或两种以上流体在微流控微通道或者液池内形成液滴或乳液，以这些液滴或乳液作为基本操作单元，实现微流控芯片的采样、稀释、加试剂、反应、分离、检查等功能，具有如试剂量小、操控精确、比表面积大、传质效率高、高度集成化等优点，同时具有便于线上分析、与各类传感、检测、控制技术的兼容性好、重构性好、避免试剂交叉污染等独特优点，在抗体检测、蛋白质分析、化学物合成、微胶囊及微反应器构造、药物释放、光子晶体制备等领域日益展现出其巨大的应用前景和发展潜力。

在液滴式微流控芯片中，为了实现上述中应用，需要对液滴进行特定的操控。例如，需要向液滴内部加入目标样品、完成液滴内部充分混合以及液滴物质分析检查等一系列功能，需要完成液滴生成、分裂、融合、混合、迁移、固定、分筛、存储、编码和液滴温度控制等操作。因此，液滴的操控技术是必不可少的。对于液滴操控方法提供驱动力而言，目前液滴微流控技术中的液滴操控主要采用外部激励方式，如电操控、磁力操控、声波操控等操控技术。但是，现有的操控技术依然存在着控制系统复杂、运行环境要求高、系统功能易损坏等问题。因此，开发新型、高效的液滴操控技术对于液滴微流控技术的发展有着重大的学术意义和工程应用价值。

近年来，将光学技术与液滴微流控技术相结合产生了一种新的液滴操控技术——光操控液滴技术。光操控液滴技术是以光作为激励信号，利用光与流体之间的相互作用，实现液滴的操控。利用光作为外部激励操控液滴除了拥有传统技术所具有的优点外，由于光的引入还具有以下优点：首先，光与流体的相互作用方式多，有利于液滴的多样化控制；其次，光可以精确聚焦到微纳尺度，所以光操控液滴具有精度高及靶向性强的特点；此外，光传播速度快且响应迅速，有利于液滴的高灵敏度操控。在各种光与流体的相互作用方式中，光热效应是其中一种重要的光与流体间的作用方式，它通过液相物质或光热转换介质吸收光能并将其转化为热能，可对液滴温度场，内部流动等进行精确操控。

近年来，利用光热效应操控液滴已经取得到了一些应用。Rybalko等人利用激光操控漂浮在0.5mM的十二烷基硫酸钠水溶液上的硝基苯油滴运动。Kotz等人利用激光诱导的热毛细流动控制浸没在正癸醇油相中的液滴在未改性聚苯乙烯表面迁移，其操控液滴直径从1.5mm到30μm之间，并实现了液滴之间的聚合。Nikita等人利用二氧化硅纳米颗粒包裹液滴并用不同波段的激光进行照射，在光敏反应的作用下实现了液滴的逆表面流动迁移。Sun等人利用蓝色激光与H2O2液滴中的Fe2O3纳米粒子产生的光催化反应实现了H2O2液滴的定向迁移。这些研究工作均实现了利用光热效应控制液滴迁移，但是目前的液滴控制方式主要集中于实现二维的液滴操控，在具有障碍或者复杂的液相环境下，二维移动的液滴的操控受到限制，难以适用于诸如靶向给药，精准药物合成等应用场景；并且目前的液滴控制方式大多需要对液滴进行物理或者化学的修饰，存在着制造复杂，系统繁琐，液滴污染等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种光热操控液滴三维迁移装置及使用方法。