CN111282528B - 基于液滴镊子的微反应器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于液滴镊子的微反应器，包括支撑件、液滴镊子，支撑件包括两个支撑臂，液滴镊子包括两个夹板，每个夹板包括疏水板、与疏水板相连接的柔性金属弹片，每个疏水板包括基板、设置在基板上端的疏水层以及设置在基板下端的超疏水层，两个柔性金属弹片分别与两个支撑臂的一端相连接。本发明还公开了一种微反应方法。本发明设置柔性金属弹片，以较小的挤压力，实现两个疏水板间夹角变小的功能，从而使得液滴运动到液滴镊子的内部上端，实现液滴位置的快速重置，疏水板通过上端设置疏水层、下端设置超疏水层，这样能保证液滴镊子吸取第一种反应液滴和第二种反应液滴，不需要额外的电场或者磁场等就能实现可控的微反应操作。

Description

基于液滴镊子的微反应器及方法

技术领域

本发明涉及一种微反应器，尤其涉及一种基于液滴镊子的微反应器及方法。

背景技术

随着化学和生物技术的发展，各种基于流体的微反应技术因其低消耗和良好的可控性而受到越来越多的关注。最早的基于流体的微反应主要基于微通道技术通过微流泵来驱动液滴，其以一个个的独立“房间”作为反应场所，但是该方法试剂的浪费严重；出于减少试剂消耗的要求，人们开始在微通道内使用一个个液滴作为反应场所，但是这种方法由于管道的约束，控制比较困难；之后，学者们不再使用传统的微通道技术，而通过电场(介电湿润的方法)，磁场(通过磁珠带动液滴运动的方法)，声表面波(利用声波震动带动液滴运动的方法)等外加驱动的方式来驱动液滴逐渐形成了现在的基于液滴的微流控技术。

但是基于液滴的微反应器件还存在一些不足之处。其中最突出的问题是：由于外加驱动力的原因需要在液滴中施加额外的力或者电磁场，这些外加的驱动会干扰部分反应的进行，尤其是在一些特定的生物反应中会影响生物的活性。所以，急需一种无需外加驱动的并能进行微反应的微反应器。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种基于液滴镊子的微反应器及方法。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种基于液滴镊子的微反应器，包括支撑件、液滴镊子，所述支撑件包括两个支撑臂，所述液滴镊子包括两个夹板，每个所述夹板包括疏水板、与所述疏水板相连接的柔性金属弹片，每个所述疏水板包括基板、设置在所述基板上端的疏水层以及设置在所述基板下端的超疏水层，两个所述柔性金属弹片分别与两个所述支撑臂的一端相连接。

作为本发明的进一步改进，两个所述支撑臂的另一端连接成一体。

作为本发明的进一步改进，所述基板与所述柔性金属弹片通过粘性胶带相连接。

作为本发明的进一步改进，所述疏水层为特氟龙层。

作为本发明的进一步改进，所述疏水层的接触角为120度。

作为本发明的进一步改进，所述超疏水层为纳米颗粒涂层。

作为本发明的进一步改进，所述超疏水层的接触角为150度。

本发明还公开了一种微反应方法，使用上述微反应器，包括以下步骤：

(1)将所述液滴镊子靠近第一种反应液滴并与第一种反应液滴相接触，以形成液桥，减小所述液滴镊子的开合以对第一种反应液滴进行吸取，所述第一种反应液滴进入所述液滴镊子内；

(2)进行至少一个循环的开合步骤，所述开合步骤包括先减小所述液滴镊子的开合然后增大所述液滴镊子的开合，直到所述第一种反应液滴运动至所述液滴镊子的上端位置；

(3)将所述液滴镊子靠近第二种反应液滴并与第二种反应液滴相接触，以形成液桥，减小所述液滴镊子的开合以对第二种反应液滴进行吸取，第二种反应液滴进入液滴镊子内；

(4)增大所述液滴镊子的开合，使得上端的所述第一种反应液滴掉下，所述第一种反应液滴和第二种反应液滴混合，进行微反应。

作为本发明的进一步改进，所述步骤(2)中，先将所述液滴镊子的下端合拢，然后再进行至少一个循环的开合步骤，所述开合步骤包括先向内旋转挤压所述液滴镊子，然后向外旋转拉伸所述液滴镊子，直到所述第一种反应液滴运动至所述液滴镊子的上端位置，将所述液滴镊子的下端打开。

作为本发明的进一步改进，所述步骤(4)中，先将所述液滴镊子的下端合拢，然后再向外旋转拉伸所述液滴镊子以增大所述液滴镊子的开合，使得上端的所述第一种反应液滴掉下，所述第一种反应液滴和第二种反应液滴混合，进行微反应。

本发明的有益效果是：

(1)设置支撑件作为液滴镊子的骨干，能够支撑疏水不平行板结构来实现疏水不平行板结构也就是实现对两个疏水板的挤压和拉伸操作。

(2)本发明的疏水板通过上端设置疏水层、下端设置超疏水层，这样能保证液滴镊子在吸取第二种反应液滴的时候，位于上端位置的第一种反应液滴相对更亲水不会往下掉落，而是固定于上端位置，避免对第二种反应液滴进入液滴镊子造成影响，确保第一种反应液滴和第二种反应液滴均能进入液滴镊子内，同时利用疏水层不会“粘”液滴的特性，避免液滴滞留在液滴镊子的侧面上，实现第一种反应液滴向下掉落与第二种反应液滴混合，实现微反应。

(3)通过设置柔性金属弹片，利用其易弯折的特性，可以使得液滴镊子在挤压过程中，以较小的挤压力，实现两个疏水板间夹角变小的功能，从而使得液滴运动到液滴镊子的内部上端，实现液滴位置的快速重置。

(4)本发明采用液滴镊子，通过疏水不平行板结构变化可以改变液滴所受毛细管力的方向和大小，既能实现液滴的向上又能实现液滴的向下运动，从而实现了液滴的吸取/释放，不需要额外的电场或者磁场等就能实现可控的微反应操作，能够在一些特定的生物反应中确保生物的活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的优选实施例的微反应器的结构示意图；

图2为本发明的优选实施例的疏水板的结构示意图；

图3为本发明的优选实施例的微反应器控制液滴位置的原理图；

图4为本发明的优选实施例的液滴吸取到液滴镊子内的过程示意图；

图5为本发明的优选实施例的微反应器控制第一反应液滴和第二反应液滴实现微反应的流程图；

图6为本发明的优选实施例的使第一种反应液滴位置重置的微反应器的状态变化示意图；

图7为本发明的优选实施例的在疏水不平行板相向/背离平移运动的情况下，不平行板内液滴受力及运动趋势分析图以及实验结果图；

图8为本发明的优选实施例的在疏水不平行板闭合/打开的情况下，不平行板内液滴受力及运动趋势分析图以及实验结果图；

图9为液滴在不同

和θ时的运动趋势图；

图10为本发明的优选实施例的液滴进入液滴镊子内形成液桥的示意图；

图11为液滴在不同

和θ时的运动趋势图；

图12为液滴在不同

和θ时的运动趋势图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的发明人发现，疏水不平行板结构的变化不仅可以改变液滴所受拉氏力的大小，而且可以改变液滴所受拉氏力的方向。

参见图7-图9,分析液滴在疏水不平行板结构中的受力以及运动情况。液滴运动主要受两种力的影响。第一种是由结构引起的不对称拉氏力，它引起液滴运动，决定液滴运动方向。二是接触角滞后(CAH)引起的滞后力，它阻碍液滴运动，决定液滴在拉氏力作用下能否运动。

逐一分析这两点如下：

首先，结构产生的拉氏力，这个力的大小和方向是由两个因素决定的，第一个是疏水不平行板结构中液桥底端的宽度L_n，在这里，为了消除液滴大小的影响，在微尺度下，用

来代替L_n更精确。第二个是疏水板和垂直方向之间的角度θ。通过几何结构和拉普拉斯方程分析了这两个因素对液滴运动方向的影响。疏水不平行板结构模型如图7所示。假定液桥底端的接触角(CA)为α₁，上端接触角是α₂，液桥的长度是D，液桥的底端与不平行板之间的交点的距离为S，液桥中液滴的体积可以表示为:

V≈2π·D2·(D+2S)·sinθ (0-1)

另外，根据几何关系，L_n能用方程L_n≈2S·sinθ来计算。由于液滴处于平衡状态，根据拉氏方程，需满足方程5-2:

假若以纳米颗粒涂层作为界面材料，构建了疏水不平行板结构，假设α₁＝α₂≈150°，根据方程5-1和5-2，可以得到液滴运动趋势的理论曲线，如图9所示，实线为液滴压力平衡曲线，在实线以上为向下运动趋势，在实线以下为向上运动趋势。发明人发现一个更大的

或θ将促进向下运动。

其次，发明人分析了CAH引起的滞后力。假设接触角的上限为前进角(下标‘a’)，下限为后退角(下标‘r’)。根据CAH的定义，当液滴向上运动时，α₁＝α_r，α₂＝α_a；当液滴向下移动时，α₁＝α_a，α₂＝α_r。由此，我们得到了液滴能克服不同CAHs，实现向上/向下运动的曲线。如图9所示，点划线/虚线为CAH＝10°时液滴向下/向上运动的临界曲线，两点线/点线为CAH＝20°时液滴向下/向上的临界曲线。然后，我们可以得到液滴在不同CAH下的运动状态。例如，由于点A

以及θ＝5°)在实线下方，液滴趋于向上运动。此外，由于点A位于虚线和点线之间，说明当CAH≤10°时，点A仍可以向上移动，但当CAH≥20°时，点A不能向上移动。从图9中可以看出，CAH越大，对液滴运动的阻碍作用越强，但CAH对液滴运动趋势没有影响。

基于实验，

和θ对于这种运动的影响也得到了验证。实验如图7所示，当不平行板结构相向/背离平移运动时(平动)，也就是说减小/增加

的值，会产生相应的液滴向上/向下运动；如图8所示，当不平行板结构打开/闭合时，也就是减小/增大θ时，液滴会向上/向下移动。这些结果与理论和仿真结果完全一致。以上均表明，液滴拉氏力的方向和大小可以随着疏水不平行板结构的变化而变化，为液滴后续的吸取/释放提供了方向。

另外，本发明的发明人发现，疏水不平行板结构的变化能够实现液滴的位置的重置，其原理图如图3所示。

如图3-a所示，当我们将一个在疏水不平行板结构间的液滴，在下端抵住的情况下，通过以一定的角度向内旋转，液滴由于挤压会向上运动，假设其向上运动的距离为L_up；之后，如果以同样的角度向外旋转，如图3-b所示，那么液滴会向下掉落，假设其向下运动的距离为L_down。我们发现其实向上和向下运动的距离由于接触角滞后现象的存在所以并不相等(L_up≠L_down)，这样通过一个挤压和拉伸的循环就能实现液滴位置的重置,使液滴向上了L_up-L_down的距离。利用这种方法，我们就能使液滴逐个的进入这种类似液滴镊子的不平行板结构中，并进行反应。

参见图1、图2，本发明提供了一种基于液滴镊子的微反应器，包括支撑件1、液滴镊子2，支撑件1包括两个支撑臂11，液滴镊子2包括两个夹板，每个夹板包括疏水板21、与疏水板21相连接的柔性金属弹片22，每个疏水板21包括基板211、设置在基板211上端的疏水层212以及设置在基板211下端的超疏水层213，两个柔性金属弹片22分别与两个支撑臂11的一端相连接。

其中，支撑件1作为液滴镊子2的骨干，用以支撑液滴镊子2来实现两个疏水板21的挤压和拉伸操作。两个疏水板21呈角度设置，两个疏水板21之间不平行，也即两个疏水板20构成疏水不平行板结构；两个疏水板21能够相对平动，也就是说，两个疏水板20能够实现相互平动的开合动作；且两个疏水板21之间的角度可调，也即两个疏水板20能够实现绕着两个疏水板21延长线的交点旋转的开合动作。依靠两个疏水板20的相互平动的开合动作和/或绕着两个疏水板20延长线的交点旋转的开合动作，从而实现对液滴产生不同的作用力，进而实现对液滴的吸取或释放。在液滴镊子吸取或释放液滴时，支撑臂11并不与液滴接触，疏水板21直接与液滴接触。疏水板21通过上端设置疏水层212、下端设置超疏水层213，疏水板21的上端表面呈疏水性质，疏水板21的下端表面呈超疏水性质，这样能保证液滴镊子2在吸取第二种反应液滴的时候，由于上端的液滴相对更亲水，位于上端位置的第一种反应液滴不会往下掉落，而是固定于上端位置，避免对第二种反应液滴进入液滴镊子2造成影响，确保第一种反应液滴和第二种反应液滴均能进入液滴镊子内。柔性金属弹片22在液滴位置重置的过程产生作用，其利用柔性金属弹片22易弯折的特性，可以使得液滴镊子2在挤压过程中，以较小的挤压力，实现两个疏水板21间夹角变小的功能，从而使得液滴运动到液滴镊子2的内部上端。

为了便于对支撑件1的操作，从而方便液滴镊子2的变化，本发明优选两个支撑臂11的另一端连接成一体。

本发明优选基板211为玻璃材料。

在一具体实施例中，基板211的厚度为150μm。基板211的长度与宽度均为5cm。

本发明优选基板211与柔性金属弹片22通过粘性胶带23相连接。

本发明优选疏水层212为特氟龙层，特氟龙层具有良好的疏水性能，可以进一步扩大液滴镊子2的使用场合。

在一优选实施例中，疏水层212的接触角为120度，这样可以具有良好的疏水性能，也可以进一步扩大液滴镊子2的使用场合。为了更进一步扩大液滴镊子2的使用范围，本发明优选疏水层212的接触角滞后(CAH)为10度。

更进一步地，疏水层212的厚度优选为100μm。

本发明优选超疏水层213为纳米颗粒涂层，纳米颗粒涂层具有良好的超疏水性能，可以进一步扩大液滴镊子2的使用场合。

在一具体实施例中，超疏水层213的接触角为150度，这样可以具有良好的超疏水性能，也可以进一步扩大液滴镊子2的使用场合。为了更进一步扩大液滴镊子2的使用范围，本发明优选超疏水层213的接触角滞后(CAH)为5度。

更进一步地，超疏水层213的厚度优选为100μm。

当然可以理解的是，本发明基板211的材料并不局限于玻璃，也可以采用其它材料作为基板。同样的，疏水层212也并不局限于特氟龙层，也可以是其它材料制成的疏水层。同样的，超疏水层213也并不局限于纳米颗粒涂层，也可以是其它材料制成的超疏水层。进一步还可以理解的是，疏水板21亦可以是一体式的，也即直接用疏水材料和超疏水材料制成疏水板，或者基板211的表面微观结构直接使其表面疏水化和超疏水化。

本发明还提供了一种微反应方法，采用本发明所提供的微反应器，包括以下步骤：

(1)将液滴镊子2靠近第一种反应液滴3并与第一种反应液滴3相接触，以形成液桥，减小液滴镊子2的开合以对第一种反应液滴3进行吸取，第一种反应液滴3进入液滴镊子2内；

(2)进行至少一个循环的开合步骤，开合步骤包括先减小液滴镊子2的开合然后增大液滴镊子2的开合，直到第一种反应液滴3运动至液滴镊子2的上端位置。作为优选方案，先将液滴镊子2的下端合拢，然后再进行至少一个循环的开合步骤，开合步骤包括先向内旋转挤压液滴镊子2，然后向外旋转拉伸液滴镊子2，直到第一种反应液滴3运动至液滴镊子2的上端位置，将液滴镊子2的下端打开；

(3)将液滴镊子2靠近第二种反应液滴4并与第二种反应液滴4相接触，以形成液桥，减小液滴镊子2的开合以对第二种反应液滴4进行吸取，第二种反应液滴4进入液滴镊子2内；

(4)增大液滴镊子2的开合，使得上端的第一种反应液滴3掉下，第一种反应液滴3和第二种反应液滴4混合，进行微反应。作为优选方案，先将所述液滴镊子的下端合拢，然后再向外旋转拉伸所述液滴镊子以增大所述液滴镊子的开合。作为优选方案，先将液滴镊子2的下端合拢，然后再向外旋转拉伸液滴镊子2以增大液滴镊子2的开合，使得上端的第一种反应液滴3掉下，第一种反应液滴3和第二种反应液滴4混合，进行微反应。

以下对液滴的吸取过程进行分析：

首先，液滴镊子2垂直向下接近液滴，然后液滴部分进入液滴镊子2形成一个液桥，如图4的a-b。第二，继续向下移动液滴镊子2将更多液滴挤入液滴镊子2，这也意味着减少

如图4的b-c。第三，通过挤压，液滴与底板表面接触面积减小，粘合力减小。此外，这种挤压也降低了

的值，这就增加了向上的毛细管力。然后，产生了液滴的向上运动，如图4的c-d。最后，通过继续挤压液滴，可以使液滴完全进入液滴镊子2中如图4的d-e。

发明人发现在液滴吸取过程中有四个可控变量；在第一步中的初始液滴镊子尖端宽度(L_Ini，也就是L_n的初始值)和关键的不平行板间夹角(θ)；第二步中的液滴镊子的最终下压高度(H)；第三步中液滴尖端的最终宽度(L_Final，L_n的最终值)。然后，下面几段将分别讨论这四个变量。

1、选择适当的初始液滴镊子尖端宽度L_Ini和角度θ，确保液滴能部分进入液滴镊子中(第一步)

在初始状态下，液滴镊子内没有液体。随着液滴镊子向下运动，液滴将进入液滴镊子内。但如果初始液滴镊头尖端过小，液滴会被挤压到液滴镊子的一侧。为了避免这种情况，需要使液滴能够沿着不平行板的内侧面向上湿润，那么最初的接触角α需要满足α＞α_a(α_a为液滴镊子的接触角)。然后，根据图10所示的几何关系，其角度的关系式为

可以得到关于L_Ini和θ的条件方程，液滴可以部分进入疏水不平行板结构:

式中，R为开放表面上液滴的球形半径，L_Ini为初始液滴镊子尖端宽度，α_a为液滴镊子的接触角。根据方程5-3，发现L_Ini和R是线性相关的，而R是由液滴体积大小

和底板表面的湿润性β_a决定的。因此，如果假设底板是由Teflon(β_a＝120°)覆盖，然后可以计算出在不同θ时，液滴进入液滴镊子的

的取值范围。对三种不同的组合的

和θ进行了实验，发现液滴能进入液体镊子，这与理论分析是一致的。

2、合适的液滴镊子最终下压高度H(第二步和第三步)

第二步是必然发生的，所以对于控制参数没有要求。从理论角度对这个结论进行了说明，定义在液滴镊子内的部分为part 1，其中的压力为P₁；液滴镊子下的部分为part2，其中的压力为P₂。所以，P₁和P₂能用下面的方程计算:

式中，L_w为液滴镊子液桥上端宽度，H为液滴镊子距底表面高度。当液滴镊子垂直向下运动时(H减小)，也就是挤压part 2时，P₂增大。同时，随着液滴进入液滴镊子内，part1中的液滴增大，L_w增大，P₁减小。可以看出，液桥形成后，在液滴镊子向下运动的过程中，part 1和part 2的压差(ΔP＝P₂-P₁)增大，液滴不可避免地会向上移动。

H主要受到第三步的限制。如果需要将液滴与底板表面分离，则应克服粘附力。为了减少这种粘附力，挤压液滴以减少接触面积，也就是减少底部表面的接触线长度。为了完成这一步，应该避免泄漏。那么，液滴是否泄漏取决于两个条件：第一，如果part 1的运动趋势是向上的，则不会泄漏；第二，如果part 1有向下移动的趋势，那么底部表面的“液阀”是否可以防止这种泄漏。对于第一个条件，根据上面对于part 1的分析和方程L_w≈2(S+D)·sinθ，可以得到向下运动时的

的取值范围。对于第二个条件，那么必须满足β＜β_a。由式(5-4)、(5-5)可得能有效防止泄漏的H约束条件:

另外，对

和

关系进行了分析。假设液滴位于Teflon底板表面，β_a＝120°，它的初始半径为R，所以其体积

假设在液滴镊子被挤压之前，液滴高度为H，液滴的part 2近似为圆柱体。因此，液滴的体积可以近似为

因为L_n＜2R，所以V_part2≤πHR²，并且

从而我们得到了

和

的近似变换关系，进而得到了

的取值范围。

根据上述两个条件，结合对于

和

关系的分析，得到了在不同θ的情况下的

的取值范围。如图11所示，实线上方表示可能发生泄露，下方表示不会泄露。

3、能在第三步中成功吸取液滴的液滴镊子的尖端最终宽度范围(L_Final)

在第三步中需要L_Final的值较小。如果part 1的液滴能够克服CAH的阻力，在挤压后向上运动，则会使液滴远离底板(此时，由于底板表面接触面积小，附着力小，V_part1≈V)。因此，根据之前分析，可以获得当在不同θ时，液滴可以克服CAH和并完全进入到液滴镊子的

的范围(图12中的实线下的部分)。通过测量不同θ情况下，液滴完全进入液滴镊子时的

的值来证实这个理论结果，发现这些点在实线以下，实验结果与理论分析吻合较好。

优选地，在吸取过程中，在液滴镊子2接触液滴前，液滴镊子2初始间隙L_n满足以下条件：

其中，α_a为所述液滴镊子的接触角，θ为所述液滴镊子的疏水板与垂直方向的夹角，R为液滴的球半径。

优选地，在吸取过程中，应满足以下关系：

其中，H为液滴镊子距底板表面最小高度，L_w为液滴镊子的液桥上端宽度，α_a为液滴镊子的接触角，β_a为底板表面接触角，θ为液滴镊子的疏水板与垂直方向的夹角。

以下对本发明的微反应方法进行具体说明。

(1)首先根据第一种反应液滴3大小选择合适的液滴镊子2初始间隙，将液滴镊子垂直向下，如图4-a，使两个疏水板21靠近第一种反应液滴3并与第一种反应液滴3相接触，从而使得两个疏水板21中形成液桥，如图4-b；之后，选择合适的液滴镊子2下压高度，继续向下移动两个疏水板21使第一种反应液滴3能更多的进入两个疏水板21之间，如图4-c；然后，选择合适的液滴镊子2挤压距离，通过两个疏水板21两侧的向内挤压第一种反应液滴3减少第一种反应液滴3与底板表面的接触从而减少粘附力(adhesion force)并且同时也减小了液桥底端的宽度而获得更大的向上的毛细管力，如图4-d；最后，通过继续挤压第一种反应液滴3使得第一种反应液滴3能完全进入两个疏水板21之间，完成第一种反应液滴3的吸取，如图4-e；

(2)先将液滴镊子2的下端合拢，也就是将液滴镊子2的两个疏水板21的下端抵在一起，同时两个疏水板21均能够绕两个疏水板21的抵接处旋转，如图5-a，然后再进行至少一个循环的开合步骤，如图5的b-c、图6，开合步骤包括先向内旋转挤压液滴镊子2，两个疏水板21相向旋转，第一种反应液滴3向上运动，然后向外旋转拉伸液滴镊子2，两个疏水板21背向旋转，第一种反应液滴3向下运动，直到第一种反应液滴3运动至液滴镊子2的上端位置，同时由于液滴镊子2的上端位置表面是疏水层212，液滴镊子2的下端位置表面是超疏水层213，液滴镊子2的上端相对下端更亲水，第一种反应液滴2会固定于液滴镊子的上端位置不会往下掉落，将液滴镊子2的下端打开，如图5-d，实现第一种反应液滴3的位置重置，如图5-e；

(3)根据第二种反应液滴4大小选择合适的液滴镊子2初始间隙，将液滴镊子2垂直向下，如图4-a，使两个疏水板21靠近第二种反应液滴4并与第二种反应液滴4相接触，从而使得两个疏水板21中形成液桥，如图4-b；之后，选择合适的液滴镊子2下压高度，继续向下移动两个疏水板21使第二种反应液滴4能更多的进入两个疏水板21之间，如图4-c；然后，选择合适的液滴镊子2挤压距离，通过两个疏水板21两侧的向内挤压第二种反应液滴4减少第二种反应液滴4与底板表面的接触从而减少粘附力(adhesion force)并且同时也减小了液桥底端的宽度而获得更大的向上的毛细管力，如图4-d；最后，通过继续挤压第二种反应液滴4使得第二种反应液滴4能完全进入液滴镊子2内，完成第二种反应液滴4的吸取，如图4-e；

(4)将液滴镊子2的下端合拢，也就是将液滴镊子2的两个疏水板21的下端抵在一起，同时两个疏水板21能够绕抵接面相对旋转，如图5-f，然后再向外旋转拉伸液滴镊子2以增大液滴镊子2的开合，液滴镊子2的下端打开，如图5-g，使得上端的第一种反应液滴3掉下，如图5-h，第一种反应液滴3和第二种反应液滴4混合，进行微反应。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种基于液滴镊子的微反应器，其特征在于，包括支撑件、液滴镊子，所述支撑件包括两个支撑臂，所述液滴镊子包括两个夹板，每个所述夹板包括疏水板、与所述疏水板相连接的柔性金属弹片，每个所述疏水板包括基板、设置在所述基板上端的疏水层以及设置在所述基板下端的超疏水层，两个所述柔性金属弹片分别与两个所述支撑臂的一端相连接，两个所述支撑臂的另一端连接成一体。

2.根据权利要求1所述的基于液滴镊子的微反应器，其特征在于，所述基板与所述柔性金属弹片通过粘性胶带相连接。

3.根据权利要求1所述的基于液滴镊子的微反应器，其特征在于，所述疏水层为特氟龙层。

4.根据权利要求1所述的基于液滴镊子的微反应器，其特征在于，所述疏水层的接触角为120度。

5.根据权利要求1所述的基于液滴镊子的微反应器，其特征在于，所述超疏水层为纳米颗粒涂层。

6.根据权利要求1所述的基于液滴镊子的微反应器，其特征在于，所述超疏水层的接触角为150度。

7.一种微反应方法，其特征在于，使用如权利要求1-6中任一项所述的微反应器，包括以下步骤：

(1)将所述液滴镊子靠近第一种反应液滴并与第一种反应液滴相接触，以形成液桥，减小所述液滴镊子的开合以对第一种反应液滴进行吸取，所述第一种反应液滴进入所述液滴镊子内；

(2)进行至少一个循环的开合步骤，所述开合步骤包括先减小所述液滴镊子的开合然后增大所述液滴镊子的开合，直到所述第一种反应液滴运动至所述液滴镊子的上端位置；

(3)将所述液滴镊子靠近第二种反应液滴并与第二种反应液滴相接触，以形成液桥，减小所述液滴镊子的开合以对第二种反应液滴进行吸取，第二种反应液滴进入液滴镊子内；

(4)增大所述液滴镊子的开合，使得上端的所述第一种反应液滴掉下，所述第一种反应液滴和第二种反应液滴混合，进行微反应。

8.根据权利要求7所述的微反应方法，其特征在于，所述步骤(2)中，先将所述液滴镊子的下端合拢，然后再进行至少一个循环的开合步骤，所述开合步骤包括先向内旋转挤压所述液滴镊子，然后向外旋转拉伸所述液滴镊子，直到所述第一种反应液滴运动至所述液滴镊子的上端位置，将所述液滴镊子的下端打开。

9.根据权利要求7所述的微反应方法，其特征在于，所述步骤(4)中，先将所述液滴镊子的下端合拢，然后再向外旋转拉伸所述液滴镊子以增大所述液滴镊子的开合，使得上端的所述第一种反应液滴掉下，所述第一种反应液滴和第二种反应液滴混合，进行微反应。

Images