可拉伸的柔性超疏液薄膜及制備方法與液滴無損轉(zhuǎn)移方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可拉伸的柔性超疏液薄膜及制備方法與液滴無損轉(zhuǎn)移方法，屬于微液滴操作控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在表面操控液滴的平面微流控芯片引起了廣泛的關(guān)注。與傳統(tǒng)的通道微流控芯片相比，平面微流控芯片除了具有通道微流控芯片小型化、集成化、試劑消耗低、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)以外，還具有諸多通道微流控芯片所不具備的優(yōu)點(diǎn)，如易于直接接觸液滴，便于處理固體樣品和生成液滴陣列，無需擔(dān)心固體顆粒和氣泡所引起的微通道堵塞等。
[0003]然而，與傳統(tǒng)通過連續(xù)流體驅(qū)動的通道微流控芯片相比，當(dāng)前表面微流控芯片仍缺少有效的液滴操控方法。近年來雖然發(fā)展了部分光控、電磁場控制、機(jī)械振動控制及聲場激勵控制等的表面微液滴操控技術(shù)，克服了基于通道微流控技術(shù)的部分缺點(diǎn)，但是這些液滴操控技術(shù)對液滴的成分、微流體液滴樣品的傳輸路徑和方向等都有很大的限制。當(dāng)前主流的平面液滴操控方法是通過電潤濕驅(qū)動液滴運(yùn)動，通過在基底植入電極陣列，交替性地在不同電極施加電壓驅(qū)動液滴。電極陣列的植入和較高的驅(qū)動電壓為系統(tǒng)集成帶來了諸多不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可拉伸的柔性超疏液薄膜及制備方法，采用該薄膜可以實(shí)現(xiàn)液滴的無損轉(zhuǎn)移。
[0005]本發(fā)明的目的還在于提供一種利用上述可拉伸的柔性超疏液薄膜的液滴無損轉(zhuǎn)移方法，采用該方法可以實(shí)現(xiàn)任何成分和大小微液滴的輸運(yùn)，無需對微液滴進(jìn)行任何處理，能夠克服現(xiàn)有的微液滴操作控制技術(shù)的不足，拓寬微液滴操作控制技術(shù)的應(yīng)用范圍。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種可拉伸的柔性超疏液薄膜的制備方法，其流程如圖1所示，具體包括以下步驟:
[0007](I)對具有倒懸微納結(jié)構(gòu)的模板進(jìn)行氟化修飾并澆筑可固化彈性材料；
[0008](2)在固化之后，將所述可固化彈性材料從原始模板上剝離，得到具有與倒懸微納結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的微納結(jié)構(gòu)的中間體；
[0009](3)在所述中間體上具有與倒懸微納結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的微納結(jié)構(gòu)的一層表面旋涂塑料乳液；
[0010](4)將旋涂的塑料乳液固化，形成薄膜；
[0011](5)將固化的薄膜剝離，進(jìn)行氟化修飾，得到所述可拉伸的柔性超疏液薄膜。
[0012]在上述制備方法中，具有倒懸微納結(jié)構(gòu)的超疏液表面模板可以利用干法刻蝕制備，或者，利用濕法蝕刻在硅基板上制備得到；優(yōu)選地，所述倒懸微納結(jié)構(gòu)為T形、倒梯形、球形、釘狀、傘狀或蘑菇狀等。
[0013]在上述制備方法中，優(yōu)選地，在步驟(I)中，所述氟化修飾包括以下步驟:
[0014]使用化學(xué)氣相沉積工藝處理加熱原始模板上的倒懸微納米結(jié)構(gòu)的表面，在倒懸微納米結(jié)構(gòu)的各個方向使用等離子狀態(tài)下的碳氟化合物氣源進(jìn)行沉積，在倒懸微納米結(jié)構(gòu)的表面生成具有疏水性的碳氟化合物涂層；
[0015]或者，使用單分子自組裝工藝在原始模板的倒懸微納米結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，在倒懸微納米結(jié)構(gòu)的表面生成具有疏水性的碳氟化合物涂層；
[0016]更優(yōu)選地，所述疏水處理采用的試劑(即碳氟化合物)包括三甲基氯硅烷(TMCS)、六甲基二硅胺(HMDS)和全氟癸基三氯硅烷(PFTS)等含氟低表面能試劑中的一種或幾種的組合。
[0017]在上述制備方法中，優(yōu)選地，在步驟(I)中，所述可固化彈性材料包括聚二甲基硅氧烷、三元乙丙橡膠、丁腈橡膠、順丁膠和氯丁膠中的一種或幾種的組合。
[0018]在上述制備方法中，在步驟⑵和(4)中，成膜的方式可以是低溫固化，典型的固化溫度為低于5°C。
[0019]在上述制備方法中，優(yōu)選地，將塑料乳液進(jìn)行旋涂時應(yīng)控制旋涂儀的轉(zhuǎn)速，不同的轉(zhuǎn)速會得到不同厚度的超疏液薄膜，在步驟(3)中，所述旋涂的轉(zhuǎn)速控制為每分鐘50轉(zhuǎn)到2000 轉(zhuǎn)。
[0020]在上述制備方法中，優(yōu)選地，在步驟(3)中，所述塑料乳液為EVA乳液或聚丙烯乳液等。
[0021]在上述制備方法中，優(yōu)選地，在步驟(5)中，所述氟化修飾包括以下步驟:
[0022]使用化學(xué)氣相沉積工藝處理加熱原始模板上的倒懸微納米結(jié)構(gòu)的表面，在倒懸微納米結(jié)構(gòu)的各個方向使用等離子狀態(tài)下的碳氟化合物氣源進(jìn)行沉積，在倒懸微納米結(jié)構(gòu)的表面生成具有疏水性的碳氟化合物涂層；
[0023]或者，使用單分子自組裝工藝在原始模板的倒懸微納米結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，在倒懸微納米結(jié)構(gòu)的表面生成具有疏水性的碳氟化合物涂層；
[0024]更優(yōu)選地，所述氟化修飾采用的試劑(即碳氟化合物)包括三甲基氯硅烷(TMCS)、六甲基二硅胺(HMDS)和全氟癸基三氯硅烷(PFTS)等含氟低表面能試劑中的一種或幾種的組合。
[0025]本發(fā)明還提供了一種可拉伸的柔性超疏液薄膜，其是通過上述制備方法制備的。該可拉伸的柔性超疏液薄膜具有較大的柔性和較大的可拉伸性，可以進(jìn)行較大程度的彎曲和拉伸。
[0026]本發(fā)明還提供了一種液滴無損轉(zhuǎn)移方法，其包括以下步驟:
[0027]步驟1:將液滴置于上述可拉伸的柔性超疏液薄膜的表面；
[0028]步驟2:用另一可拉伸的柔性超疏液薄膜的表面接觸上述液滴，將其抓取，并進(jìn)行轉(zhuǎn)移；
[0029]步驟3:增大微納結(jié)構(gòu)的間距，減小固液接觸面積，使上述液滴從所述可拉伸的柔性超疏液薄膜的表面脫落，完成轉(zhuǎn)移。
[0030]該方法無需外部能量輸入，如光、電磁場、機(jī)械振動及聲場激勵等，可實(shí)現(xiàn)液滴的無損轉(zhuǎn)移。而且，對于液滴的成分、微流體液滴樣品的傳輸路徑和方向等均沒有限定，對任何液滴有效。
[0031]本發(fā)明提供的液滴無損轉(zhuǎn)移適用于各種不同種類和特性的液滴或其混合物，優(yōu)選地，所述液滴包括不同種類和特性的液滴、不同液滴的混合物或者液滴與固體顆粒的混合物；更優(yōu)選地，所述液體包括水溶液、牛奶、血液、血漿和生化試劑中的一種或幾種的組合。
[0032]在上述轉(zhuǎn)移方法中，在轉(zhuǎn)移過程中，可以利用超疏液薄膜具有良好柔韌性和良好拉伸性的特點(diǎn)，通過拉伸改變液滴與表面的接觸面積和粘附力，實(shí)現(xiàn)液滴的無損轉(zhuǎn)移，也可以通過彎曲減小表面的曲率，從而減小液滴與表面的接觸面積和粘附力，實(shí)現(xiàn)液滴的無損轉(zhuǎn)移。即優(yōu)選地，在步驟3中，增加微納結(jié)構(gòu)的間距通過拉伸或者彎曲所述可拉伸的柔性超疏液薄膜實(shí)現(xiàn)。
[0033]對任何液體對有低潤濕、低粘附特性的超疏液表面是表面微流控液滴操控的理想選擇。本發(fā)明基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)加工技術(shù)開發(fā)了基于特殊倒懸微結(jié)構(gòu)的超疏液表面材料，該表面不僅對幾乎任何液體都具有良好的低潤濕特性，而且具有良好的柔韌性和可拉伸性，因此可以通過對表面的拉伸、彎曲等操作改變局部的固液接觸面積和曲率，調(diào)節(jié)表面對液滴的粘附力，從而實(shí)現(xiàn)液滴的無損輸運(yùn)。
[0034]在本發(fā)明的技術(shù)方案中，由于使用雙重軟復(fù)制工藝結(jié)合低表面能處理，獲得了表面微納結(jié)構(gòu)可控、低潤濕特性優(yōu)良的超疏液表面，利用該超疏液表面良好的柔韌性和可拉伸性，因此可以通過對表面的拉伸、彎曲等操作改變局部的固液接觸面積和曲率，調(diào)節(jié)表面對液滴的粘附力，從而實(shí)現(xiàn)液滴的無損轉(zhuǎn)移和輸運(yùn)。本發(fā)明的技術(shù)方案克服了現(xiàn)有的微液滴操作控制技術(shù)的不足，無需對微液滴進(jìn)行任何處理，可實(shí)現(xiàn)任何成分和大小微液滴的輸運(yùn)，拓寬微液滴操作控制技術(shù)的應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明提供的可拉伸的柔性超疏液表面制備流程示意圖；
[0036]圖2為基于本發(fā)明提供的可拉伸的柔性超疏液表面的液滴操控示意圖；
[0037]圖3為基于本發(fā)明提供的可拉伸的柔性超疏液表面的實(shí)際液滴操控過程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]為了對本發(fā)明的技術(shù)特