[发明专利]一种基于PDMS表面的液体自驱动方法及其装置

说明书

本发明属于微流控技术领域，公开了一种基于PDMS表面的液体自驱动方法及其装置。该方法按照以下操作步骤：在PDMS表面制备阵列微纳米结构增强其疏水性；根据功能需求预先设计液滴的运动路径，并在液滴运动路径方向的前面进行红外激光照射，使得PDMS受照射区域吸热膨胀，该处微纳米结构间距发生变化，液滴在PDMS受照射区域的接触状态也同时改变，液滴前后的接触角差异推动液体的滚动；通过移动并改变红外激光在PDMS表面的照射位置，在无外界驱动力的作用下，引导液滴在无通道的PDMS表面按照既定的路径运动。所述装置包括预先制备了阵列微纳米结构的PDMS表面、控制红外激光的计算机、红外激光发射系统和工作平台。

技术领域

本发明属于微流控技术领域，具体涉及一种基于PDMS表面的液体自驱动方法及其装置。

背景技术

微流控技术是一种精确控制和操控微尺度流体的技术，微流控装置又被称为为芯片实验室或微流控芯片技术，是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于微流控装置结构微小，而流体在微流控芯片中，它所显示以及产生的特殊性能与宏观尺度不同，因此发展出独特的分析产生的性能。它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。

PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料具有的优点是：(1)可以通过低温聚合得到；(2)柔软且弹性好，容易从模板上取出而不会损坏自身和模板；(3)具有优良的物理特性，可直接用于防潮绝缘，阻尼，减震，消泡，润滑，抛光等方面；(4)呈生物学惰性且无毒；(5)电绝缘性和耐候性、疏水性好，并具有很高的抗剪切能力；(6)表面张力小、具有导热性、导热系数0.134-0.159W/M*K。因此PDMS材料在用于制作微流控装置的所有高分子材料中备受关注。

在现有的微流控技术中，主要通过两个步骤实现流体的精确控制，首先是微流控芯片的制备，即以PDMS为基底，在上面加工出所需的微通道、微阀、微泵等工作单元，常见的微通道加工方法主要有模塑法、热压法、注塑法、软光刻法等，其中模塑法即将PDMS的预聚物浇注在带有微结构的模具上，固化成型后得到带有微结构的PDMS芯片。在PDMS基底上加工出微结构后需要在结构上加盖一层材料以形成封闭的通道才能进行各种分析操作，一般通过物理和化学两种方式实现键合。

在制备好微流控芯片后，还需要提供动力来驱使流体在微通道中流动到达指定的反应或者分析位置。常见的驱动力有外界提供的，如气泵提供的气压，微通道两端加入电场产生的电压等；也有通过微通道结构的不同设计达到流体自驱动，如通过拉普拉斯驱压力梯度实现液体自驱动的梭型结构，纺锥形结构以及仿猪笼草口型结构等。

上述现有的微流控技术中，主要的缺点是实现功能单一，适用范围小。在上述的技术中，首先通过工作目的以及功能需求去设计基底表面的微结构，根据微结构加工出对应的模具，再在基片表面制备出微结构。因此所制备的微流控芯片上的结构都是针对于某一项功能或者某一个工作应用来设计的，不具有普适性，在不同的工作需求下，或者为了实现其他的分析与反应功能时，只能使用不同的微流控芯片。同时，为了制备不同的微流控芯片，也必须加工出对应的模具，而模具一般需要经过制备光刻掩膜板、曝光、后处理以及湿法刻蚀等几个步骤，因此模具的生产周期往往较长，成本也较高。而微流控芯片实现功能单一性也使得模具与芯片的性价比更低。

其次，现有微流控技术中，主要通过气压等机械力或者电、热、磁等非机械力的转换驱使流体运动，外界驱动力一般有微驱动泵提供，外界驱动力的引入使得工作平台更为复杂，生产成本也更高。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种基于PDMS表面的液体自驱动方法；该方法使得以PDMS为基片的应用更广，其制备简单的微流控平台，无需针对不同功能在PDMS表面预先加工不同微通道结构，就能实现流体在材料表面的自驱动定向运输。

本发明的另一目的在于提供一种实现上述基于PDMS表面的液体自驱动方法的装置。