(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210941342.8 (22)申请日 2022.08.08 (71)申请人 河北工业大 学 地址 300401 天津市北辰区双口镇西平 道 5340号 (72)发明人 阎文博　槐泽超　米宇航　王成　 闫静慧　高波　 (51)Int.Cl. B01L 3/00(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种水合液滴路由输运的装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种水合液滴路由输运的装 置及方法。 该装置由铌酸锂芯片和喷涂有纳米二 氧化硅超 疏水涂料的多孔聚四氟乙烯构成。 本发 明由液滴滚落系统和激光器聚焦系统两部分组 成， 利用水合液滴在超 疏水表面摩擦带电和铌酸 锂光生伏打效应产生的空间电场之间的相互作 用实现水合液滴的路由输运功能。 利用该装置及 方法可实现水合液滴在自由空间内的三维路由 输运， 通过调节铌酸锂所产生的空间电场强度大 小， 可实现水合液滴在二维平 面内不同角度的偏 转和水合液滴在三维空间的弹跳距离及高度。 因 此利用该装置及方法可实现水合液滴在二维平 面和三维平面的灵活输运。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 115382588 A 2022.11.25 CN 115382588 A 1.一种用于水合液滴路由输运的装置， 其特征在于： 激光器1、 电子快门2、 光阑3、 激光 反射镜4、 聚焦物镜5、 铌酸锂芯片6、 超疏水薄膜7、 针头8、 背景光源9、 反射银镜10、 滤光片 11、 高速相机12按顺序形成的水合液滴 光伏路由输运 光路。 2.一种用于水合液滴路由输运的方法， 其特征在于水合液滴在喷涂有纳米二氧化硅的 超疏水表面摩擦带电， 带电后的水合液滴与铌酸锂的光生电场相互作用， 可实现水合液滴 在二维平面上不同角度的偏转和三维自由空间的跳跃； 通过对铌酸锂光生电场强度 的调 节、 水合液滴大小以及 滚动速度可实现水合液滴的二 维连续定向输运和控制水合液滴三 维 空间内跳跃的距离、 高度以及方向。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115382588 A 2一种水合液滴路由输运的装 置及方法 技术领域 [0001]本发明涉及 一种水合液滴路由输运的技术， 具体是指利用激光辐照铌酸锂芯片产 生的电场与摩擦 带电后的水合液滴相互作用， 实现水合液滴在二 维平面和三 维空间内的自 由输运。 背景技术 [0002]随着微流控技术的不断发展， 对水合液滴的操控已经成为当前的研究热点。 水合 液滴的产生、 分离、 合并、 输运等操控已经被广泛研究， 但是针对水合液滴在二维平面和三 维自由空间的灵活路由输运却无法实现。 因此本专利提出了一种水合液滴路由输运的方 法， 即通过铌酸锂的光生电场与摩擦 带电后的水合液滴相互作用使水合液滴在二 维平面和 三维空间内实现自由输运。 这种操控技 术对未来的生物检测技 术的发展具有重要作用。 [0003]2019年Sun  Q等人(Surface  charge printing  for programmed  droplet  transport.， Nature Materal s， 2019， 18(9)： 9 36‑941.)研究人员通过连续调节液滴释放高 度， 致使超疏水表 面上不同位置的表 面电荷密度存在差异， 由此构 造出电场梯度， 引导液滴 向表面电荷密度大的区域移动， 但是该方法在三 维自由空间进行反重力输运时需要借助固 体衬底的支撑作用， 无法实现水合液滴在二维平面和三维自由空间的灵活路由输运。 发明内容 [0004]针对目前水合液滴无法实现水合液滴在二维平面和三维自由空间的灵活路由输 运的问题， 本发明提供了一种 水合液滴路由输运的装置及方法， 可实现水合液滴的二维平 面的不同角度偏转和三维空间的自由跳跃。 铌酸锂基微操控技术得益于铌酸锂晶体的光 电、 热电特性以及生物相容性， 克服了传统全电场微流控技术存在的电极结构复杂、 操控电 压高、 预处 理繁琐等 缺点。 [0005]一种用于水合液滴路由输运 的装置， 其特征在于： 激光器1、 电子快门2、 光阑3、 激 光反射镜4、 聚焦物镜5、 铌酸锂芯片 6、 超疏水薄膜7、 针头8、 背景光源9、 反射银镜10、 滤光片 11、 高速相机12按顺序形成的水合液滴 光伏路由输运 光路。 [0006]一种用于水合液滴路由输运的方法， 其特征在于水合液滴在喷涂有纳 米二氧化硅 的超疏水表面摩擦带电， 带电后的水合液滴与铌酸锂的光生电场相互作用， 可实现水合液 滴在二维平面上不同角度的偏转和三 维自由空间的跳跃； 通过对铌酸锂光生电场强度的调 节、 水合液滴大小以及 滚动速度可实现水合液滴的二 维连续定向输运和控制水合液滴三 维 空间内跳跃的距离、 高度以及方向。 [0007]由于水合液滴与 超疏水膜的摩擦带电使水合液滴带正电荷， 激光照射铌酸锂的+c 面时产生负向静电场， 激光照射铌酸锂的 ‑c面时可产生正向静电场， 因此会产生吸引与排 斥这两种现象。说　明　书 1/3 页 3 CN 115382588 A 3