[发明专利]一种液滴运动操控微管及光控液滴运动的方法

说明书

本发明涉及一种液滴运动操控微管及光控液滴运动的方法，液滴运动操控微管包括微管以及栅格状分布于微管外表面的聚吡咯膜，在该液滴运动操控微管内部注入液滴，通过用光源照射聚吡咯膜控制液滴运动。本发明制备方法简单，不需要繁琐的制备工艺，操控液滴原理简单并且操控液滴有高的重复使用性，使用时无需复杂的和大型的光学装置并且可在较低光源强度下实现快速、精准操控液滴且液滴不易受到外界环境的污染。本发明不仅可以操控不同种类的液滴，还可以实现复杂的液滴运动，在生物领域中也有极大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及光控液滴技术领域，尤其涉及一种液滴运动操控微管及光控液滴运动的方法。

背景技术

对少量液体的操纵在许多化学和生物过程中具有潜在的应用，包括反应控制、药物输送和物质分析等。与其他需要泵、阀或电极的基于微流控的液体控制策略相比，光控的液滴操作由于其非接触性、即时反应性、生物相容性、出色的空间和时间分辨率而获得越来越多的关注。目前，已经开发了几种实现少量液体光驱动的机制，其中包括光压、全息光镊、光诱导润湿性梯度、光敏表面活性剂和光诱导电渗等。实现操控液滴的最常见方法是使用含偶氮苯材料修饰的固体或液体表面，这些材料可以表现出特定的光敏表面特性。然而，现阶段的研究仍然存在一些问题，如光源强度过高，光学器件复杂，液体易被涂层材料污染。除光驱动外，热毛细效应在液滴操纵的理论模拟方面已经取得了许多进展，但在实际应用方面的报道甚少，而且这些研究主要是在平面基底上利用两端安装的热电偶提供温度梯度，不适应于多场景的应用，因此基于热毛细效应在微管中操控液滴的实验方面有待更多的研究。显而易见的是，现有光控液滴技术需要复杂的光学器件及装置、所需光源强度过高、操控液滴响应速度慢且不精准、液滴容易受到外界污染，更重要的是，现有技术无法难以实现液滴复杂的运动和操控且液滴输运距离较短，难以实现生物体内的应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种液滴运动操控微管及操控液滴运动的方法，依靠该驱动器，可以通过简单地施加/关闭光源刺激来进行水平方向、弯曲管道、甚至垂直方向的液滴操控。与以往的光致液滴操纵相比，本发明对液滴运动速率的控制更快、更准确，且更适用于复杂的应用场景，为光响应型材料在生物医疗和微反应控制中的应用提供了新的思路。

本发明的第一个目的是提供一种液滴运动操控微管，所述液滴运动操控微管包括微管以及栅格状分布于微管外表面的聚吡咯(PPy)膜。

进一步地，所述微管为毛细管。

进一步地，所述微管可为直线形或非直线形，如V形、螺旋形等复杂形状。

进一步地，所述微管与水平面的夹角为0-90°。

进一步地，所述液滴运动操控微管的制备方法为，将成膜剂和氧化剂与有机溶剂混合，得到混合溶液，将混合溶液涂布于微管外表面使其形成栅格状薄膜，再使吡咯气体在栅格状薄膜上发生聚合反应形成聚吡咯，得到液滴运动操控微管。相较于表面涂覆的方法，原位反应形成的聚吡咯薄膜会更加致密且厚度均匀，光热效应会更好，从而对液滴操控性能有所提升。

进一步地，成膜剂优选为聚乙烯醇，氧化剂优选为铁盐，有机溶剂优选为聚乙二醇。

本发明的第二个目的是提供一种光控液滴运动的方法，包括以下步骤：在所述液滴运动操控微管内部注入液滴，通过用光源照射聚吡咯膜控制液滴运动。

进一步地，所述液滴为水、疏水液滴、亲水液滴或固液混合物液滴。

进一步地，当液滴为亲水液滴时，液滴向远离光源的方向运动；当液滴为疏水液滴时，液滴向靠近光源的方向运动。

进一步地，所述光源为紫外光、可见光、红外光、近红外光中的一种。

本发明的第三个目的是提供上述液滴运动操控微管在液滴无损运输中的应用。

本发明的第四个目的是提供上述液滴运动操控微管在生物领域中的应用，如用于药物递送、单分子检测等。