本發(fā)明涉及流體力學(xué)、電動力學(xué)與微流控技術(shù)領(lǐng)域，通過流體力學(xué)和電動力學(xué)的結(jié)合在微型腔室使液體產(chǎn)生電致轉(zhuǎn)動現(xiàn)象。該發(fā)明產(chǎn)生的可控電致流動效應(yīng)對于發(fā)展微流控技術(shù)有重要的應(yīng)用價值。

背景技術(shù)：

近年來，有文獻報道了一種懸浮極性液體薄膜在交叉直流電場或者交流電場中會表現(xiàn)出可控的電致流動(轉(zhuǎn)動或者振動)現(xiàn)象。調(diào)節(jié)外加電壓的大小和方向就可以控制液膜轉(zhuǎn)動的快慢和方向，這種電致流動效應(yīng)被稱為“液膜馬達”。液膜馬達的可控流動為其潛在的科技應(yīng)用開辟了新的道路，比如制造微型馬達，微型離心機，微型攪拌機和藥品傳輸設(shè)備。盡管相關(guān)的理論研究不斷涌現(xiàn)，但是實驗裝置距離實際應(yīng)用還有很大的距離。主要的不足之處表現(xiàn)在：①可轉(zhuǎn)動懸浮液膜的厚度一般在幾百納米甚至更薄，液膜存在時間短，很容易破裂，難以有什么實際應(yīng)用；②為了避免空氣流動對液膜運動的影響，整個裝置又被放置在密封腔中，這也嚴重影響了電致流動效應(yīng)的應(yīng)用研究?？傊?，迄今為止尚沒有一種方法可以通過簡易的實驗裝置實現(xiàn)電致流動效應(yīng)，從而給后續(xù)的應(yīng)用研究提供可靠的實驗手段。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對背景技術(shù)的不足，在充分研究現(xiàn)有“液膜馬達”技術(shù)的前提下，發(fā)明了一種產(chǎn)生液體電致轉(zhuǎn)動的裝置，本發(fā)明的目的是提供一種更為完善的研究電致流動效應(yīng)的實驗方法，它可以通過顯微鏡直接觀察到電致流動現(xiàn)象，可以通過計算機圖像分析電致流動現(xiàn)象的各種參數(shù)。該方法簡單，可以有效避免現(xiàn)階段液膜馬達實驗方法的缺點，為電致流動效應(yīng)的應(yīng)用提供更豐富的研究手段。

本發(fā)明一種產(chǎn)生液體電致轉(zhuǎn)動的裝置，該裝置包括：玻璃基座、載玻片、電極、絕緣層、直流電源；其特征在于所述載玻片固定于玻璃基座上，并在玻璃基座上圍成一個凹槽；所述電極包括兩對電極：一對電場電極，一對電容電極；每對電極包括兩個單電極，相對設(shè)置于載玻片圍成的凹槽內(nèi)壁上；所述電容電極上設(shè)置一層絕緣層，使電容電極與凹槽內(nèi)液體保持絕緣；直流電源分別為各電極提供電源。

進一步的，所述所述載玻片包括4片，將4片載玻片設(shè)置于玻璃基座上圍成方形凹槽。

進一步的，所述玻璃基座與載玻片之間設(shè)置一層pdms薄膜。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

1.微腔體可以填充一定體積的液體，相比較液膜馬達的設(shè)計，不存在液膜破裂、蒸發(fā)等不利因素，微腔體中的液體不受空氣流動的影響；2.可由顯微鏡直接觀察電致轉(zhuǎn)動現(xiàn)象；3.通過分析熒光顆粒的運動軌跡，可以獲取不同電致轉(zhuǎn)動效應(yīng)的參數(shù)，并且驗證理論模型；4.芯片和電極設(shè)計靈活，尺寸精確可控。

附圖說明

圖1是液體電致轉(zhuǎn)動的物理模型；

圖2是芯片整體示意圖；

圖3是銅微電極示意圖；

圖4是實驗平臺示意圖；

圖5是實驗結(jié)果圖。

具體實施方式

下面結(jié)合各示意圖詳細說明實現(xiàn)本發(fā)明的具體裝置以及方法實現(xiàn)的具體過程：

圖1是產(chǎn)生液體電致轉(zhuǎn)動的物理模型。物理模型的核心是一個微腔體和4個微電極。4個微電極組成2對電極，1對電極組成電場電極與微腔體中的液體直接接觸，另1對電極組成平行板電容電極通過絕緣層與微腔體中的液體隔離。液體轉(zhuǎn)動速度由加載在兩對電極上的直流電壓決定。

圖2是芯片整體示意圖。芯片由1塊醫(yī)用玻璃基座(50mm×75mm×1mm)和4塊醫(yī)用載玻片(25mm×25mm×1mm)以及4個銅微電極組成。電極尺寸由微腔體的尺寸決定。芯片具體制作步驟為：

1.4塊醫(yī)用載玻片按照實驗需求的尺寸拼接在一起組成微腔體，并且用膠水固定；

2.玻璃基座上旋涂一層pdms(聚二甲基硅氧烷，polydimethylsiloxane)薄膜；

3.將制作好的微腔體放置在玻璃基座上，放置于100℃加熱板上加熱3-5分鐘，使pdms薄膜固化來填充微腔體和玻璃基座之間的空隙；

4.將整個芯片放置在操作工作臺上冷卻至室溫；

5.將2對銅電極貼壁放置在微腔體里。

圖3是銅微電極示意圖。4個銅微電極組成2對電極，1對電極為電場電極，另一對電極為平行板電容電極。電極的制作材料為杜邦公司的柔性單面覆銅聚酰亞胺薄膜。聚酰亞胺薄膜作為絕緣層。

電場電極的具體制作步驟為：

1.將覆銅薄膜裁剪成尺寸為25mm×75mm×1mm的長條狀并且固定在一塊相同尺寸的醫(yī)用載玻片上；

2.在覆銅薄膜的銅膜表面旋涂一層1-5μm的su-8光刻膠，并且放置在95℃加熱板上加熱1-2分鐘，使su-8光刻膠固化；

3.將具有電極圖案的掩膜版放置在薄膜上，并且通過紫外光刻機進行曝光；

4.將具有電極圖案的薄膜放置在95℃加熱板上加熱1-2分鐘，使曝光過的su-8光刻膠變性；

5.將整個薄膜從醫(yī)用載玻片上取下，并放置在顯影液中3-10分鐘，去除沒有被曝光的su-8光刻膠；

6.將整個薄膜放置在銅刻蝕液ce-100中，并且加熱至150℃，除去沒有被su-8光刻膠覆蓋的銅膜；

7.將整個薄膜放置在naoh(30％)溶液中，加熱至130℃，1小時，除去薄膜上覆蓋的su-8光刻膠和聚酰亞胺薄膜；

8.將殘留物用清水反復(fù)清洗獲得銅電極。

平行板電容電極的具體制作步驟為：

1.重復(fù)電場電極的制作步驟1～6，獲得具有電極形狀的薄膜；

2.將銅膜表面的su-8光刻膠除去；

3.將沒有銅膜覆蓋的聚酰亞胺薄膜剪除獲得平行板電容電極。

圖4是實驗平臺示意圖。實驗具體操作步驟為：

1.將芯片放置在顯微鏡平臺上，用導(dǎo)線將4個銅電極與直流電壓源相連；

2.將熒光顆粒緩沖液放置于微腔體里；

3.打開直流電壓源，將熒光顆粒旋轉(zhuǎn)過程的圖像資料通過ccd攝像頭和視頻采集卡輸入到計算機；

4.通過圖像處理程序?qū)晒忸w粒旋轉(zhuǎn)過程進行實時的觀測和動態(tài)的圖像分析。

圖5是實驗結(jié)果圖。該實驗裝置的條件是：微腔體尺寸1.5mm(l)×1.2mm(w)×1mm(h)；加載在電場電極的直流電壓是5v；加載在平行板電容電極的直流電壓是20v。熒光顆粒的轉(zhuǎn)動現(xiàn)象表明該裝置可以產(chǎn)生明顯的電致轉(zhuǎn)動效應(yīng)，該方法對電致轉(zhuǎn)動效應(yīng)的實際應(yīng)用有重要的價值。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
該發(fā)明公開了一種產(chǎn)生液體電致轉(zhuǎn)動的裝置，涉及流體力學(xué)、電動力學(xué)與微流控技術(shù)領(lǐng)域。采用醫(yī)用玻璃制作成微腔體，同時利用軟光刻技術(shù)對柔性單面覆銅聚酰亞胺薄膜進行加工，制作銅電極。銅電極貼壁放置在微腔體里，熒光顆粒懸浮液放置在微腔體中。芯片連接直流電壓源，放置在顯微鏡觀測平臺上，通過CCD攝像機實時觀察熒光顆粒的運動情況，同時攝取熒光顆粒懸浮液在芯片中的運動軌跡圖像并輸入計算機進行圖像存儲及分析。該方法簡單，可以有效避免現(xiàn)階段液膜馬達實驗方法的缺點，為電致流動效應(yīng)的應(yīng)用提供更豐富的研究手段。

技術(shù)研發(fā)人員：姜海;翁璇;范娜;彭倍;張國成;楊旭;胡雨蝶
受保護的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.02
技術(shù)公布日：2017.10.13