[发明专利]一种基于形状梯度的实现液滴自驱动的功能层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于形状梯度的实现液滴自驱动的功能层，划分成多个区域，每个区域均具有多个亲水的图案，图案以外部分疏水；所述图案按照矩阵式排列，且各个区域的矩阵排布一致，单个图案面积一致；同一个区域中，各个图案的各向异性因子相同，从基体加样端沿基体轴向方向向基体检测端，各个区域内图案的各向异性因子依次增大；本发明创新性地提出了仅通过改变微图案形状以建立一个各向异性梯度的方式来实现液滴的自驱动；不需要外力驱动，在平面微流控系统中可省去外力驱动系统等辅助设备。

技术领域

本发明涉及一种基于形状梯度的实现液滴自驱动的功能层及其制备方法。

背景技术

人们对梯度润湿表面的研究最早起源于1855年，Thmson对“葡萄酒的眼泪”这一现象进行了解释。他认为，由于酒精挥发，在酒杯内壁形成由下而上酒精浓度逐渐减小的梯度浓度薄膜，因而在侧壁表面形成表面张力梯度，诱导液滴向上运动。目前，梯度润湿表面的制备方式主要分为两种，即控制表面化学组成和表面微观形貌。

而且，我们发现具有各向异性的结构形状可以用来进一步改善润湿梯度的效果。由于在各向异性结构表面，垂直于结构方向上会限制液滴的铺展，从而时的液滴在平行与结构方向的流动距离更长。

不同于Yang等人通过光刻刻蚀的方法在硅基底表面制备出面积分数呈梯度变化的条状结构，从而实现接触角呈梯度变化。本发明涉及的形状梯度表面通过一种只改变微图案形状而不改变面积分数以建立一个各向异性梯度的方式来实现液滴的自驱动。

发明内容

本发明提出一种新颖的梯度表面，它不依赖于表面能梯度使液滴自驱动，而是通过改变微图案的形状，使液滴在各个图案区域上的各向异性产生差异，从而产生梯度使液滴自驱动。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于形状梯度的实现液滴自驱动的功能层，所述功能层划分成多个连续的区域，每个区域均具有多个亲水的图案，图案以外部分疏水；所述图案按照矩阵式排列，且各个区域的矩阵排布一致，单个图案面积一致；所述图案为矩形、圆形结构或椭圆形；同一个区域中，各个图案的各向异性因子相同，从基体加样端沿基体轴向方向向基体检测端，各个区域内图案的各向异性因子依次增大；所述各向异性因子β＝l₁/l₂，其中，l₁为单个图案沿基体轴向的长度，l₂为沿垂直于所述轴向方向的宽度。

进一步地，所述区域数量为六个。

进一步地，始端的区域(与加样端相邻的区域)中的图案为圆形。

进一步地，末端的区域(与检测段相邻的区域)中的图案为长条形。

上述功能层的制备方法为：对一疏水的基底进行光刻，构建亲水的图案。

本发明的有益效果：

1.本发明所需设备简单，操作简便、对制作环境(在空气中即可实施)和基体材料无严格要求，制备好的超疏水涂层能够喷涂或旋涂到任何基底上；掩膜板采用打印技术，制作成本低廉；

2.本发明克服以往润湿梯度难以调控的局限，只需在掩膜板上设计好不同形状的图案，便可得到具有各向异性差异的梯度表面；本发明还突破了以往通过建立接触角梯度使液滴自驱动的思维定势，创新性地提出了通过改变微图案形状以建立一个各向异性梯度的方式来实现液滴的自驱动。

3.水能在该表面上实现方向性的自驱动，不需要外力驱动，该设计方法在平面微流控系统中可省去外力驱动系统等辅助设备，更易实现微流控系统的微型化和便携化。

附图说明

图1为功能层示意图，箭头方向为基体加样端沿基体轴向方向向基体检测端方向。

图2是在面积分数f(某一区域内，亲水面积占总面积的百分数)一定，β变化的情况下，液滴在沿着基体轴向方向接触角的变化。所述的β为微图案的各向异性因子。