本發(fā)明涉及一種磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法及系統(tǒng)，屬于磁控液滴。

背景技術(shù)：

1、微液滴的高精度、數(shù)字化操控，包括精準(zhǔn)的液滴生成，運輸和高效的液滴混合控制，是藥物運輸，能源收集，微流控技術(shù)等眾多應(yīng)用的重要研究基礎(chǔ)。微液滴操控技術(shù)的關(guān)鍵和核心是液滴的驅(qū)動力和制動材料。目前，已經(jīng)成功研發(fā)出多種基于電、光、熱和聲等外部刺激的微液滴操控技術(shù)。

2、基于電潤濕的微液滴控制技術(shù)功能多且靈活，構(gòu)成了搭建數(shù)字微流控的技術(shù)基礎(chǔ)。目前的數(shù)字微流控技術(shù)，即使是較成熟的電潤濕數(shù)字化微流控技術(shù)(例如cn101679078b，cn103170384b，cn101679078b)，均需要復(fù)雜的電路設(shè)計，多介電層的設(shè)置等。而且，電潤濕技術(shù)對液滴的尺寸和表面材料的介電性能要求高，同時液滴運輸過程中基材容易被污染。

3、基于管道的液體泵式的微流控技術(shù)往往需要設(shè)計復(fù)雜的管道來輔助液體混合(例如us20160264924a1，cn101718795b)，容易造成管道堵塞。

4、其他的基于仿生結(jié)構(gòu)，表面能梯度和外界刺激的操控方法通過驅(qū)動液滴發(fā)生位移來加速液滴混合的過程，這使得混合效率很大程度上依賴于驅(qū)動效率，導(dǎo)致混合效率慢。

5、各類基于聲波，光，熱，或者電場的加速混合模式給液滴引入外來熱量的問題，無法滿足持續(xù)的液滴混合控制。因此，基于光、熱、聲學(xué)等的液滴操控在響應(yīng)時間以及控制的靈活程度上受限，使這些技術(shù)難以被用于高度集成化的生物化學(xué)應(yīng)用中。

6、磁控技術(shù)提供了一種更簡單的、快速響應(yīng)的新模式，目前這種控制技術(shù)大多依賴于將磁性顆粒(例如磁珠)添加到液滴中(例如cn113908897a，cn104345140b，cn105675900b)，這容易干擾液滴內(nèi)部物質(zhì)還限制了可控液滴的體積；亦或者是制備一些復(fù)雜的磁響應(yīng)疏水基材(cn110523451a)，利用磁場下基材變形實現(xiàn)混合，但基材表面同樣容易受到污染。

7、因此，目前建立的各類液滴操控方式在可控的液滴混合方面仍存在挑戰(zhàn)。

8、最近有報道將磁流體作為控制載體，實現(xiàn)了微小液滴的快速輸運。但在現(xiàn)有體系中，針對微小液滴的數(shù)字化操控，特別是液滴混合動力學(xué)的調(diào)控和基于此的生物化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控，仍然難以實現(xiàn)，大大限制了這些操控體系在化學(xué)微反應(yīng)器和生化檢測等領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的方法及系統(tǒng)能夠調(diào)控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合過程的動力學(xué)。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供了一種磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法，其包括以下步驟：

3、(1)將內(nèi)部含有待混合物質(zhì)的液滴滴加到灌注磁流體的疏水固體基材上，使磁流體對接觸的液滴進(jìn)行快速包裹形成磁響應(yīng)液體殼；

4、(2)控制所述磁響應(yīng)液體殼運動，帶動其包裹的液滴沿著特定軌跡運動，加速液滴內(nèi)部物質(zhì)的混合；

5、其中，所述磁響應(yīng)液體殼的運動至少包括旋轉(zhuǎn)運動，所述液滴的運動(即，液滴的運動軌跡)至少包括：旋轉(zhuǎn)運動，線性運動，圓周運動，震蕩運動，原位自轉(zhuǎn)，或者它們的組合。

6、需說明的是，在上述的液滴的運動中，一般來講，對于對稱體系而言(例如球體)，“旋轉(zhuǎn)運動”和“原位自轉(zhuǎn)”的含義是相同的。但在本發(fā)明的體系中，磁響應(yīng)液體殼在大部分情況下是非對稱的，相應(yīng)地，液滴也會出現(xiàn)在不同方向上的旋轉(zhuǎn)，因此，本發(fā)明的液滴的運動可以既可以包括旋轉(zhuǎn)運動又可以包括原位自轉(zhuǎn)。

7、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)運動的旋轉(zhuǎn)軸垂直于所述疏水固體基材的表面。

8、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述磁響應(yīng)液體殼包括磁流體在液滴和疏水固體基材之間形成的潤濕脊，以及液滴表面包裹的薄層磁流體。

9、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述液滴的運動受磁響應(yīng)液體殼的運動方式的影響，并呈現(xiàn)周期性往復(fù)的特性。需說明的是，當(dāng)液滴的運動包括在疏水固體基材上線性運動以及旋轉(zhuǎn)運動、圓周運動、震蕩運動、和/或原位自轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)運動、圓周運動、震蕩運動、和/或原位自轉(zhuǎn)可以在線性運動的之前或之后進(jìn)行。

10、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述磁響應(yīng)液體殼是在外加磁場的作用下運動的。

11、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述外加磁場設(shè)置于所述疏水固體基材的下方。

12、根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，本發(fā)明利用磁流體包裹液滴，通過施加可控的磁場，使液滴外部的磁流體發(fā)生旋轉(zhuǎn)造成對液滴的粘性剪切，進(jìn)而可以精確調(diào)控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合過程的動力學(xué)，實現(xiàn)混合過程的動態(tài)調(diào)控。

13、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述外加磁場在液滴所處位置的最大磁場強(qiáng)度為50mt。更優(yōu)選地，所述外加磁場可以由永磁鐵、電磁鐵、以及鐵針陣列與電磁鐵組成的磁鐵陣列中的一種或幾種產(chǎn)生。其中，所述鐵針陣列是指由單根鐵針組成的陣列。

14、需說明的是，在本發(fā)明中，磁場強(qiáng)度指的是表面磁場強(qiáng)度。由于疏水固體基材的屏蔽效應(yīng)，原始磁場強(qiáng)度可以很大，本發(fā)明不對其進(jìn)行具體限定，僅限定表面磁場強(qiáng)度，也即液滴所處位置的磁場強(qiáng)度。

15、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述外加磁場是由旋轉(zhuǎn)馬達(dá)或其陣列控制的。

16、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述外加磁場包括旋轉(zhuǎn)磁場，其是由永磁鐵，或線圈式電磁鐵或其陣列產(chǎn)生的。更優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)磁場是由以下方式產(chǎn)生的：通過旋轉(zhuǎn)馬達(dá)對由永磁鐵，或線圈式電磁鐵或其陣列產(chǎn)生的磁場中心施加旋轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

17、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)半徑為所述液滴半徑的0.1倍至所述液滴半徑的3倍。

18、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)軸垂直于所述疏水固體基材的表面。所述旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)軸可以與所述液滴的中心重疊或不重疊。

19、根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)磁場由線圈式電磁鐵陣列產(chǎn)生時，可以用于實現(xiàn)對多個液滴的單獨或連續(xù)操控。利用磁場空間對稱性，多個液滴可以同時向同一個磁場中心運動，并在該磁場中心實現(xiàn)合并，可以實現(xiàn)大面積液滴陣列的次第操縱。

20、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述液滴的運動包括線性運動以及旋轉(zhuǎn)運動、圓周運動、震蕩運動、和/或原位自轉(zhuǎn)，所述液滴在所述疏水固體基材上線性運動以及旋轉(zhuǎn)運動、圓周運動、震蕩運動、和/或原位自轉(zhuǎn)是通過以下方式實現(xiàn)的：

21、(a)將遠(yuǎn)離液滴的單個或多個線圈式電磁鐵通電后產(chǎn)生磁場，驅(qū)動所述磁響應(yīng)液體殼帶動其包裹的液滴在所述疏水固體基材上向磁場中心位置進(jìn)行線性運動；

22、(b)通過旋轉(zhuǎn)馬達(dá)對由永磁鐵，或線圈式電磁鐵或其陣列產(chǎn)生的磁場中心施加旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場以控制所述磁響應(yīng)液體殼做旋轉(zhuǎn)運動，帶動其包裹的液滴進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動、圓周運動、震蕩運動、和/或原位自轉(zhuǎn)。

23、該磁響應(yīng)液體殼可以在磁場的作用下引導(dǎo)液滴在疏水固體基材上做線性往復(fù)運動，實現(xiàn)對液滴的操控。本發(fā)明對上述步驟(a)和(b)的順序不做特殊限定，可以先進(jìn)行步驟(a)，也可以先進(jìn)行步驟(b)。

24、根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，所述液滴在所述疏水固體基材上線性運動以及旋轉(zhuǎn)運動、圓周運動、震蕩運動、和/或原位自轉(zhuǎn)可用于實現(xiàn)多個液滴的同時混合加速。

25、與傳統(tǒng)磁珠驅(qū)動液滴運動相比，本發(fā)明的方法不需要在液滴內(nèi)部添加磁珠或其他磁響應(yīng)物質(zhì)，可以有效地避免外加物質(zhì)可能帶來的污染和對液滴內(nèi)的物質(zhì)混合、生化反應(yīng)的干擾。與此同時，本發(fā)明的方法不需要(電)磁鐵隨液滴一起運動，并且通電的電磁鐵線圈也不需要布滿液滴運動的路徑，大大簡化了系統(tǒng)的設(shè)計。

26、根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，優(yōu)選地，上述方法進(jìn)一步包括：所述磁響應(yīng)液體殼響應(yīng)不同的磁場強(qiáng)度(0-50mt)，進(jìn)而在液滴表面原位打開或閉合，用于調(diào)控液滴與外界物質(zhì)進(jìn)行交換，和/或，控制多個液滴的連續(xù)合并與混合。更優(yōu)選地，所述磁響應(yīng)液體殼在弱磁場強(qiáng)度下為閉合的狀態(tài)，所述磁響應(yīng)液體殼在強(qiáng)磁場強(qiáng)度下受到強(qiáng)相互作用而打開；其中，所述磁場強(qiáng)度為在液滴所處位置的磁場強(qiáng)度，所述弱磁場強(qiáng)度為0～1mt，所述強(qiáng)磁場強(qiáng)度為>1mt。

27、在本發(fā)明的一些具體實施方式中，當(dāng)所述磁響應(yīng)液體殼在持續(xù)運動保證的閉合狀態(tài)時，可以封閉液滴、有效減緩液滴的蒸發(fā)，屏蔽液滴的與外界環(huán)境的物質(zhì)交換。

28、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，在步驟(2)中，所述磁響應(yīng)液體殼是在外加磁場的引導(dǎo)下，以1hz-100hz的轉(zhuǎn)速做旋轉(zhuǎn)運動的。需說明的是，在本發(fā)明中，1hz＝1rps(轉(zhuǎn)/秒，即每秒的旋轉(zhuǎn)次數(shù))。在本發(fā)明的一些具體實施方式中，可以使所述磁響應(yīng)液體殼與所述液滴之間產(chǎn)生可控的旋轉(zhuǎn)速度差(速度差為0-100hz)，加速液滴內(nèi)部的流體剪切，可以實現(xiàn)微小液滴內(nèi)部物質(zhì)的快速高效混合。

29、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，所述旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)軸可以與所述液滴的中心不重疊，也即所述磁響應(yīng)液體殼可以以一個任意半徑旋轉(zhuǎn)，液滴也會隨著其旋轉(zhuǎn)做出響應(yīng)。優(yōu)選地，在步驟(2)中，所述磁響應(yīng)液體殼的旋轉(zhuǎn)運動的旋轉(zhuǎn)半徑為所述液滴半徑的0.1倍至所述液滴半徑的3倍。

30、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述疏水固體基材的水接觸角為90-180°，更優(yōu)選為150-180°。

31、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述疏水固體基材的表面粗糙度為0.1-1000nm，更優(yōu)選為0.1-200nm。

32、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述疏水固體基材包括具有疏水特性或超疏水特性的多孔鋁板。

33、在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述具有疏水特性或超疏水特性的多孔鋁板可以是通過以下步驟處理得到的：將多孔鋁板放進(jìn)80-95℃的熱水中浸泡20-60分鐘使其表面粗糙化，而后使用硅烷和/或硅氧烷對其進(jìn)行疏水化修飾，得到所述具有疏水特性或超疏水特性的多孔鋁板。采用硅烷和/硅氧烷對鋁板進(jìn)行疏水化修飾的具體步驟可以按照本領(lǐng)域常規(guī)的步驟進(jìn)行，例如將表面粗糙化的多孔鋁板在硅烷和/或硅氧烷溶液中浸泡一段時間即可。之后可以進(jìn)行常規(guī)的干燥等步驟，就可以得到具有疏水特性或超疏水特性的多孔鋁板。其中，所采用的硅烷和/硅氧烷可以為本領(lǐng)域常規(guī)的，例如但不限于二甲基硅烷，全氟癸基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷等。

34、在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述多孔鋁板可以是基于鋁片，聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)，聚二甲基硅氧烷(pdms)和玻璃等材料制備得到的，其具體制備工藝可以看著本領(lǐng)域常規(guī)方式進(jìn)行，本發(fā)明不對其進(jìn)行特殊限定。

35、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述磁流體包括負(fù)載磁性納米粒子的油相磁流體。更優(yōu)選地，所述磁流體包括但不限于硅油基磁流體、煤油基磁流體、機(jī)油基磁流體、聚苯醚類磁流體和氟基磁流體等中的一種或幾種的組合。

36、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述油相磁流體中的油相包括二甲基硅油和/或全氟聚醚。

37、在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述磁性納米粒子包括鐵磁性納米粒子，反鐵磁性納米粒子，亞鐵磁性納米粒子，合成磁性納米粒子，順磁性納米粒子和超順磁性納米粒子等中的一種或幾種的組合。優(yōu)選地，所述磁性納米粒子包括四氧化三鐵納米顆粒；更優(yōu)選地，所述四氧化三鐵納米顆粒的粒徑為5-300nm。

38、在本發(fā)明的一些具體實施方式中，磁性納米粒子均勻分散在油相中；以所述磁流體中的油相的體積為100％計，其中的磁性納米粒子的質(zhì)量/體積百分比為1％-52％。

39、在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述磁流體包括油相為二甲基硅油、負(fù)載四氧化三鐵納米顆粒的硅油基磁流體。優(yōu)選地，該硅油基磁流體可以是通過以下步驟制備得到的：將四氧化三鐵納米顆粒加入到二甲基硅油中，超聲分散，得到所述的硅油基磁流體。更優(yōu)選地，所述四氧化三鐵納米顆粒包括硅氧烷功能化的四氧化三鐵納米顆粒。其中，硅氧烷功能化的四氧化三鐵納米顆粒可以通過本領(lǐng)域常規(guī)的方法制備得到。例如，將四氧化三鐵納米顆粒與功能化單體混合并在適宜溫度下反應(yīng)合適的時間而制備得到。優(yōu)選地，所述硅氧烷功能化的四氧化三鐵納米顆粒是利用單羧基封端的聚硅氧烷(pdms—cooh)作為功能化單體而制備得到的。

40、在本發(fā)明的另一些具體實施方式中，所述磁流體包括油相為全氟聚醚、負(fù)載四氧化三鐵納米顆粒的全氟聚醚基磁流體。優(yōu)選地，該全氟聚醚基磁流體可以是通過以下步驟制備得到的：將四氧化三鐵納米顆粒加入到全氟聚醚中，超聲分散，得到所述的全氟聚醚基磁流體。更優(yōu)選地，所述四氧化三鐵納米顆粒包括氟基功能化的四氧化三鐵納米顆粒。其中，氟基功能化的四氧化三鐵納米顆粒可以通過本領(lǐng)域常規(guī)的方法制備得到。例如，將四氧化三鐵納米顆粒與功能化單體混合并在適宜溫度下反應(yīng)合適的時間而制備得到。優(yōu)選地，所述氟基功能化的四氧化三鐵納米顆粒是利用單羧基封端的全氟聚醚作為功能化單體而制備得到的。

41、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，當(dāng)液滴為水相液滴時，選用油相為二甲基硅油的負(fù)載磁性納米粒子的油相磁流體作為磁流體；當(dāng)液滴為油相液滴時，選用油相為全氟聚醚的負(fù)載磁性納米粒子的油相磁流體作為磁流體。根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，可以根據(jù)液滴的類型來選擇合適的磁流體，優(yōu)選采用硅油基磁流體用于水相液滴，采用全氟聚醚基磁流體用于油相液滴。

42、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述磁流體的粘度為0.01-600cst，更優(yōu)選為0.1-100cst。

43、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述磁流體在所述疏水固體基材上的接觸角為0-50°，更優(yōu)選為0-30°。

44、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述灌注磁流體的疏水固體基材是通過以下步驟得到的：將適量的所述磁流體(優(yōu)選為上述的硅油基磁流體或全氟聚醚基磁流體)滴加到所述疏水固體基材的表面，磁流體在表面毛細(xì)力作用下自發(fā)鋪展，得到所述灌注磁流體的疏水固體基材。

45、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法中，優(yōu)選地，所述液滴選自水、乙二醇、甘油、硅油、二甲亞砜、石油醚、甲苯、乙醇、乙酸乙酯、植物精油、離子液體中的一種或幾種，或者選自納米粒子溶液、細(xì)胞培養(yǎng)液、細(xì)菌培養(yǎng)液、蛋白質(zhì)溶液、無機(jī)鹽溶液中的一種或幾種。

46、根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，所述內(nèi)部含有待混合物質(zhì)的液滴中的待混合物質(zhì)可以包括物質(zhì)驅(qū)動、物質(zhì)混合、化學(xué)反應(yīng)、生物檢測、化工過程等各種領(lǐng)域中的待混合或待反應(yīng)的物質(zhì)，本發(fā)明不對其進(jìn)行特殊限定。本發(fā)明通過將內(nèi)部含有待混合物質(zhì)的液滴滴加到灌注磁流體的疏水固體基材上，使磁流體對接觸的液滴進(jìn)行快速、完美包裹，形成磁響應(yīng)液體殼，控制磁場的旋轉(zhuǎn)運動來控制磁響應(yīng)液體殼做旋轉(zhuǎn)運動，帶動其包裹的液滴旋轉(zhuǎn)，使磁響應(yīng)液體殼和液滴之間產(chǎn)生可控的速度差，加速液滴內(nèi)部的流體剪切，實現(xiàn)微小液滴內(nèi)部物質(zhì)的快速高效混合，并可以精確調(diào)控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合過程的動力學(xué)，實現(xiàn)混合過程的動態(tài)調(diào)控。

47、本發(fā)明第二方面提供了一種磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)，其用于實現(xiàn)上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法，該系統(tǒng)包括：疏水固體基材，以及鋪展于所述疏水固體基材表面的磁流體；在使用狀態(tài)下，所述磁流體對接觸的液滴進(jìn)行快速包裹形成磁響應(yīng)液體殼，所述磁響應(yīng)液體殼運動，帶動其包裹的液滴沿著特定軌跡運動，加速液滴內(nèi)部物質(zhì)的混合；其中，所述磁響應(yīng)液體殼的運動至少包括旋轉(zhuǎn)運動，所述液滴的運動至少包括：旋轉(zhuǎn)運動，線性運動，圓周運動，震蕩運動，原位自轉(zhuǎn)，或者它們的組合。

48、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)運動的旋轉(zhuǎn)軸垂直于所述疏水固體基材的表面。

49、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述磁響應(yīng)液體殼包括磁流體在液滴和疏水固體基材之間形成的潤濕脊，以及液滴表面包裹的薄層磁流體。

50、根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，優(yōu)選地，上述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：磁鐵或磁鐵陣列。更優(yōu)選地，所述磁鐵或磁鐵陣列包括永磁鐵、電磁鐵、或者鐵針陣列與電磁鐵組成的磁鐵陣列。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述磁鐵或磁鐵陣列為線圈式電磁鐵或其陣列。

51、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述磁鐵或磁鐵陣列設(shè)置于所述疏水固體基材的下方。

52、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述磁鐵或磁鐵陣列產(chǎn)生磁場，所述磁響應(yīng)液體殼是在磁場的作用下運動的。更優(yōu)選地，所述磁場包括旋轉(zhuǎn)磁場，其是由永磁鐵，或線圈式電磁鐵或其陣列產(chǎn)生的。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)磁場是由以下方式產(chǎn)生的：通過旋轉(zhuǎn)馬達(dá)對由永磁鐵，或線圈式電磁鐵或其陣列產(chǎn)生的磁場中心施加旋轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

53、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述磁場的最大磁場強(qiáng)度為50mt。

54、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)軸垂直于所述疏水固體基材的表面。

55、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)半徑為所述液滴半徑的0.1倍至所述液滴半徑的3倍。

56、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述磁響應(yīng)液體殼是以1hz-100hz的轉(zhuǎn)速做旋轉(zhuǎn)運動的。

57、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述疏水固體基材的水接觸角為90-180°，更優(yōu)選為150-180°。

58、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述疏水固體基材的表面粗糙度為0.1-1000nm，更優(yōu)選為0.1-200nm。

59、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述疏水固體基材包括具有疏水特性或超疏水特性的多孔鋁板。

60、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述磁流體包括負(fù)載磁性納米粒子的油相磁流體。更優(yōu)選地，優(yōu)選地，所述磁流體包括但不限于硅油基磁流體、煤油基磁流體、機(jī)油基磁流體、聚苯醚類磁流體和氟基磁流體等中的一種或幾種的組合。

61、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述油相磁流體中的油相為二甲基硅油和/或全氟聚醚。

62、在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述磁性納米粒子包括鐵磁性納米粒子，反鐵磁性納米粒子，亞鐵磁性納米粒子，合成磁性納米粒子，順磁性納米粒子和超順磁性納米粒子等中的一種或幾種的組合。更優(yōu)選地，所述磁性納米粒子包括四氧化三鐵納米顆粒；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述四氧化三鐵納米顆粒的粒徑為5-300nm；尤其優(yōu)選地，所述磁性納米粒子包括功能化的四氧化三鐵納米顆粒。

63、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述磁性納米粒子均勻分散在所述油相中；以所述磁流體中的油相的體積為100％計，其中的磁性納米粒子的質(zhì)量/體積百分比為1％-52％。

64、在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述磁流體包括油相為二甲基硅油、負(fù)載四氧化三鐵納米顆粒的硅油基磁流體。優(yōu)選地，該硅油基磁流體可以是通過以下步驟制備得到的：將四氧化三鐵納米顆粒加入到二甲基硅油中，超聲分散，得到所述的硅油基磁流體。更優(yōu)選地，所述四氧化三鐵納米顆粒包括硅氧烷功能化的四氧化三鐵納米顆粒。其中，硅氧烷功能化的四氧化三鐵納米顆粒可以通過本領(lǐng)域常規(guī)的方法制備得到。例如，將四氧化三鐵納米顆粒與功能化單體混合并在適宜溫度下反應(yīng)合適的時間而制備得到。優(yōu)選地，所述硅氧烷功能化的四氧化三鐵納米顆粒是利用單羧基封端的聚硅氧烷(pdms—cooh)作為功能化單體而制備得到的。

65、在本發(fā)明的另一些具體實施方式中，所述磁流體包括油相為全氟聚醚、負(fù)載四氧化三鐵納米顆粒的全氟聚醚基磁流體。優(yōu)選地，該全氟聚醚基磁流體可以是通過以下步驟制備得到的：將四氧化三鐵納米顆粒加入到全氟聚醚中，超聲分散，得到所述的全氟聚醚基磁流體。更優(yōu)選地，所述四氧化三鐵納米顆粒包括氟基功能化的四氧化三鐵納米顆粒。其中，氟基功能化的四氧化三鐵納米顆?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域常規(guī)的方法制備得到。例如，將四氧化三鐵納米顆粒與功能化單體混合并在適宜溫度下反應(yīng)合適的時間而制備得到。優(yōu)選地，所述氟基功能化的四氧化三鐵納米顆粒是利用單羧基封端的全氟聚醚作為功能化單體而制備得到的。

66、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，當(dāng)液滴為水相液滴時，選用油相為二甲基硅油的負(fù)載磁性納米粒子的油相磁流體作為磁流體；當(dāng)液滴為油相液滴時，選用油相為全氟聚醚的負(fù)載磁性納米粒子的油相磁流體作為磁流體。根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，可以根據(jù)液滴的類型來選擇合適的磁流體，優(yōu)選采用硅油基磁流體用于水相液滴，采用全氟聚醚基磁流體用于油相液滴。

67、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述磁流體的粘度為0.01-600cst，更優(yōu)選為0.1-100cst。

68、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述磁流體在所述疏水固體基材上的接觸角為0-50°，更優(yōu)選為0-30°。

69、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述磁流體是通過以下方式鋪展于所述疏水固體基材表面的：將適量的磁流體(優(yōu)選為上述的硅油基磁流體或全氟聚醚基磁流體)滴加到所述疏水固體基材的表面，磁流體在表面毛細(xì)力作用下自發(fā)鋪展于所述疏水固體基材的表面。

70、在上述的磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述液滴選自水、乙二醇、甘油、硅油、二甲亞砜、石油醚、甲苯、乙醇、乙酸乙酯、植物精油、離子液體中的一種或幾種，或者選自納米粒子溶液、細(xì)胞培養(yǎng)液、細(xì)菌培養(yǎng)液、蛋白質(zhì)溶液、無機(jī)鹽溶液中的一種或幾種。

71、本發(fā)明提供了一種磁控液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的方法及系統(tǒng)。該方法及系統(tǒng)是一種無添加的、對液滴無干擾的操控方法及系統(tǒng)。本發(fā)明采用磁流體預(yù)先浸潤了疏水固體基材，因此在液滴運動過程中并不會與基材直接接觸，避免了基材的污染和磨損。此外，本發(fā)明通過施加旋轉(zhuǎn)磁場，使得包裹液滴的磁流體響應(yīng)殼圍繞液滴進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生兩相界面處的剪切流，造成液滴內(nèi)部動力學(xué)的增加，明顯加速了液滴內(nèi)部物質(zhì)混合的進(jìn)程。最重要地，液滴的混合進(jìn)程可以通過改變旋轉(zhuǎn)磁場的角速度進(jìn)行可控的調(diào)節(jié)。

72、液滴混合在生物化學(xué)反應(yīng)以及合成中具有重要的意義。可控的液滴混合拓展了液滴作為單獨的微反應(yīng)器的應(yīng)用范圍。本發(fā)明的技術(shù)方案可以實現(xiàn)在開放體系下進(jìn)行小體積、低成本的液滴中的化學(xué)合成反應(yīng)，有利于高通量地實現(xiàn)反應(yīng)條件的篩選。加速液滴內(nèi)部動力學(xué)的過程有利于加速分子碰撞幾率，在分子診斷領(lǐng)域可以用來加速檢測反應(yīng)。

73、從操控特點出發(fā)，本發(fā)明提供了一種可編程，簡單，可抗基材污染，響應(yīng)快速的新型磁控液滴方法及系統(tǒng)。本發(fā)明不會對液滴產(chǎn)生任何的干擾，也沒有熱量的引入。最主要的是，旋轉(zhuǎn)磁場加速液滴內(nèi)物質(zhì)混合的過程是原位發(fā)生的，有利于后續(xù)結(jié)合各類原位檢測技術(shù)用于生物化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果判讀。

74、從應(yīng)用的角度來講，本發(fā)明是一種低成本的，簡單的，可持續(xù)使用的綠色操控新技術(shù)，在發(fā)展新型數(shù)字微流控技術(shù)方面具有很好的應(yīng)用前景。液滴的操控是在開放性的表面上執(zhí)行的，不需要管道的設(shè)計制備。此外，目前的數(shù)字微流控技術(shù)，即使是較成熟的電潤濕數(shù)字化微流控技術(shù)，需要復(fù)雜的電路設(shè)計，多介電層的設(shè)置等。而本發(fā)明的磁響應(yīng)基底(即，灌注磁流體的疏水固體基材)制備簡單，得益于抗污染的性質(zhì)，可以實現(xiàn)重復(fù)性的、可重構(gòu)的液滴操控，大大降低了使用的成本。

75、具體而言，本發(fā)明的技術(shù)方案可以設(shè)計成微流控芯片用于檢測硝酸根離子，與傳統(tǒng)的檢測技術(shù)相比保留了很好的檢測穩(wěn)定性。另外，本發(fā)明的新型液滴混合方式可以輕松實現(xiàn)高粘度液體的快速混合，可以用于蛋白結(jié)晶，功能材料的合成。此外，本發(fā)明的技術(shù)方案可以用于材料合成條件的篩選，基于液滴的生物反應(yīng)器具備樣本量損耗小的巨大優(yōu)勢，且原位的反應(yīng)有助于直接結(jié)合光學(xué)檢測儀器對結(jié)果進(jìn)行可視化觀察。在醫(yī)藥、化工類企業(yè)中作為生產(chǎn)條件篩選的產(chǎn)品方面具有較好的商業(yè)發(fā)展?jié)摿?。此外，在本發(fā)明中，由潤濕脊控制的液滴技術(shù)有望可以結(jié)合現(xiàn)有的先進(jìn)的診斷技術(shù)，比如說拉曼增強(qiáng)光譜檢測技術(shù)，比色檢測試劑等，實現(xiàn)快速現(xiàn)場化的疾病篩查。成熟的芯片還可以成為每家每戶備用的生化分析檢測設(shè)備，在生物醫(yī)學(xué)方面具有重要的市場發(fā)展?jié)摿Α?/p>

76、總之，本發(fā)明的技術(shù)方案綠色簡單，面向各行業(yè)重大需求，在生物醫(yī)學(xué)研究，藥物合成篩選，環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)，衛(wèi)生檢疫，司法鑒定，生物樣本的檢測、診斷等眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。