可控體積液滴的無損操作研究.pdf

1、液滴的無損轉(zhuǎn)移是極端潤(rùn)濕性表面的重要應(yīng)用之一，不同體積液滴的無損操作方法在局部化學(xué)反應(yīng)、生物化學(xué)分離、芯片實(shí)驗(yàn)室設(shè)備等領(lǐng)域具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用前景。利用超疏水、水下超疏油表面可分別實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣中水滴和水下非極性有機(jī)液滴的無損接觸或作用，搭配采取合適的轉(zhuǎn)移方式可達(dá)到無損轉(zhuǎn)移的目的。本文以純鋁為基體，采用電化學(xué)刻蝕和沸水浸泡的方法來制備出長(zhǎng)期穩(wěn)定的水下超疏油表面，再經(jīng)硬脂酸修飾后獲得超疏水表面，并基于以上兩種表面設(shè)計(jì)并搭建針對(duì)空氣中水滴、水下非

2、極性有機(jī)液滴的無損操作裝置，利用該裝置對(duì)無損操作過程進(jìn)行了一系列的研究。主要研究工作和結(jié)果如下：
　　（1）針對(duì)現(xiàn)有超疏水、水下超疏油表面制備方法成本較高、環(huán)境友好性差、加工效率低、極端潤(rùn)濕性時(shí)效性差等問題，提出電化學(xué)刻蝕和沸水浸泡的方法在鋁基上構(gòu)建水下超疏油表面，經(jīng)無氟低表面能材料修飾后實(shí)現(xiàn)超疏水性。研究試樣的潤(rùn)濕性情況；分析鋁基超疏水、水下超疏油表面的微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)組分，探明其特殊結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理；檢測(cè)試樣潤(rùn)濕性隨時(shí)間

3、的變化規(guī)律。結(jié)果表明，經(jīng)電化學(xué)刻蝕和沸水浸泡后的鋁表面顯示出超親水-水下超疏油性，水下對(duì)二氯甲烷的接觸角和滾動(dòng)角分別為164±3°和3.6±0.7°，該表面經(jīng)硬脂酸修飾后轉(zhuǎn)變?yōu)槌杷裕瑢?duì)水的接觸角和滾動(dòng)角分別為165±2°和2±0.8°，且超親水-水下超疏油性至少能保持1年。
　　（2）為克服現(xiàn)有液滴無損轉(zhuǎn)移方法的諸多缺點(diǎn)，采用上述加工技術(shù)制備超疏水通孔鋁棒，并設(shè)計(jì)一種基于負(fù)壓吸附方式針對(duì)空氣中水滴的無損操作裝置，研究其無損操作

4、水滴的可行性；分析該裝置可控水滴的最大體積、最小體積隨小孔直徑的變化規(guī)律，并進(jìn)行相關(guān)操作試驗(yàn)；研究該種轉(zhuǎn)移方式的可逆重復(fù)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該裝置可靈活操作空氣中水滴，可控體積范圍較廣，極限最大體積可達(dá)到140μL，對(duì)應(yīng)小孔最大直徑為6.4 mm，試驗(yàn)結(jié)果與理論分析較為吻合，且該轉(zhuǎn)移方式具有較好的可逆重復(fù)性。
　?。?）基于電化學(xué)刻蝕和沸水浸泡技術(shù)，制備水下超疏油通孔鋁棒，并設(shè)計(jì)一種針對(duì)水下非極性有機(jī)液滴的操作靈活、體積可控、轉(zhuǎn)移效率高

5、的無損操作裝置，其依靠微量真空泵產(chǎn)生負(fù)壓來抓取液滴。研究該裝置無損操作水下非極性有機(jī)液滴的可行性；分析該裝置可控非極性有機(jī)液滴的最大體積、最小體積隨小孔直徑的變化規(guī)律，并以二氯甲烷為例進(jìn)行相關(guān)水下轉(zhuǎn)移試驗(yàn)；探索該裝置在微液滴融合上的進(jìn)一步應(yīng)用。結(jié)果表明，該裝置可用于水下非極性有機(jī)液滴的無損操作，且具有較寬的可控體積范圍，其中二氯甲烷的極限最大體積達(dá)到187μL，對(duì)應(yīng)小孔最大直徑為7.1 mm，理論分析得到了試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，且該轉(zhuǎn)移方式可實(shí)