一种连续多层液滴包裹的激光诱导植入制备方法与流程

本发明涉及一种激光诱导植入制备方法，尤其涉及一种连续多层液滴包裹的激光诱导植入制备方法。

背景技术：

微细体积的液滴包裹技术在生物医疗检测，分子生物学，化工化学，食品科学，化妆品应用及工程应用等领域有很大的应用意义。微细体积的液滴可作为化学反应的微型反应器、医疗的药物包裹运输和释放、包裹单细胞进行生物检测分析、基于液滴的数字化pcr(聚合酶链式反应)、组织工程、诊断成像及其他工程类应用[1]。目前微流控芯片生成液滴是主要的液滴生成方式，液滴作为近年来在微流控芯片上出现的一种新的流体运动形式，每一个液滴可以被视为独立的微反应器，研究微尺寸上的反应及其过程。应用在上述应用领域中，以液滴为基础，能将化学试剂、细胞、蛋白质等大分子、微颗粒等物质，进行操控，更精确的控制各个反应的实验条件，更灵活的控制参与反应的各个组分的实际用量，缩短反应时间。

具体液滴生成原理：在微流控芯片中利用两种互不相溶的液体产生液滴，是以其中一种液体作为连续相，以另外一种液体作为分散相，借助芯片的通道结构和外力操纵，连续相会将分散相剪切成均匀的微小体积单元分散于连续相中，即形成液滴。在微流控芯片上可以通过控制两相流速，使生成的液滴大小均一、性质稳定、组成均匀。液滴生成方法主要是多相流法，通过对流体通道结构的设计使分散相流体在通道局部产生速度变化梯度，利用两相之间的剪切力、黏性力和表面张力的相互作用生成液滴。多相流法可以批量生成液滴，易对批量液滴进行整体操纵，缺点是对单个液滴的壳层厚度或内部腔室结构及组分等的精确调控^[2]。根据pdms基微流控装置几何结构的差异以及液相流体流动方向的不同,微液滴的生成可分为以下5种基本形式：(1)二维挤压结构；(2)t型微通道；(3)流动聚焦型微通道；(4)共聚焦型微通道；(5)y型微通道(如图3a-h所示)。用毛细玻璃管搭建的微流控装置根据嵌套结构的多样性又可分为单乳液滴和复乳液滴两种结构(如图3i-k所示)^[3]。

当需要液滴的多层包裹的时候则将液滴的形成方式串联起来以获得多层液滴包裹，如图4所示。

现有技术的缺点：现有的微流控芯片通过控制分散相的速度来控制液滴大小，液滴均匀度较低，并且需要分选；难以对单个液滴的壳层厚度或内部腔室结构及组分等的精确调控；一种微流控芯片只对应一种尺寸的液滴。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种连续多层液滴包裹的激光诱导植入制备方法，通过激光诱导向前转移技术，得到大小均匀可控，包裹层数、厚度可控，包裹物质可选的可对单个液滴精准操控的两层或者多层的液滴包裹。

本发明所采用的技术方案：一种连续多层液滴包裹的激光诱导植入制备方法，包括如下步骤：

s1：多种介质的制备：具体为在玻璃基片上涂刮第一层介质层(4)，在所述第一层介质层(4)下方设有容纳装置，所述容纳装置自上而下依次设有第二介质层(6)、第三层介质层(7)和第四层介质层(10)；

s2：脉冲的激光光束(1)从玻璃基片(3)垂直入射，激光光束(1)透过玻璃基片(3)，聚焦在所述第一层介质层(4)的一面，当激光光束(1)的能量大于第一层介质(4)的击穿阈值时，将会产生高温高压的等离子体(2)，等离子体(2)对外辐射冲击波；

s3：等离子体(2)对外辐射冲击波推动第一层介质层(4)形成熔融液滴(5)，熔融液滴(5)嵌入下方的第二层介质(6)和第三层介质层(7)中，形成多层液滴嵌入(8)；形成的多层液滴嵌入(8)进一步向前喷射到第四层介质层(10)中，由于第四层介质层(10)的黏性力和表面张力的作用进而形成多层液滴包裹(9)，在第四层介质层(10)的阻力下使多层液滴包裹(9)驱动力减缓，最终形成完整的液滴；

s4：按预设方向驱动所述玻璃基片(3)运动，重复步骤s2、s3；完成多层液滴的制备。

优选的，所述第一层介质层(4)为液体、含有微细粉末的悬浊液或者固体膜。

优选的，所述第二介质层(6)、第三层介质层(7)和第四层介质层(10)为不同密度的液体。

优选的，步骤s4所述按预设方向驱动所述玻璃基片(3)的运动，具体为：以平行于激光光束(1)方向的预设直线为中心轴，按圆周方向驱动所述玻璃基片(3)运动。

优选的，所述第二介质层(6)的密度小于第三层介质层(7)的密度，所述第三层介质层(7)的密度小于第四层介质层(10)的密度。

优选的，所述激光光束(1)固定于所述玻璃基片(3)上方。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明激光光束(1)诱导产生等离子体(2)推动涂抹于玻璃基片的第一层介质层(4)穿过容纳装置中的层液生成多层液滴包裹，通过调整改变激光能量、焦点光斑直径与样品制备的层数、厚度和材料来获得不同尺寸、不同层数、不同包裹厚度的各种材料的可对单个液滴进行精准操控的多层液滴包裹；(2)本发明方法可连续生成多层的液滴包裹；可以通过调整激光参数与样品制备以实现多厚度多尺寸的液滴包裹；(3)本发明方法生成的液滴大小尺寸均匀；(4)本发明的方法可对单个液滴进行精准操控、避免液体旋涂的困难，简化了多层液体制备旋涂的工序；(5)本发明方法不只局限于液体与液体的包裹，还可以把玻璃基片上液体换成固体靶材可实现固体与液体的包裹，具有高通量、生成效率高、生成成本低等优点。

附图说明

图1为本发明一种连续多层液滴包裹的激光诱导植入制备方法的原理图。

图2为本发明自动生成多层液体的制备原理图。

图3为现有技术中常见的微液滴发生装置示意图。

图4为液滴形成的串联形成多层液滴包裹示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

如图1-2所示，一种连续多层液滴包裹的激光诱导植入制备方法，包括如下步骤：

s1：多种介质的制备：具体为在玻璃基片上涂刮第一层介质层(4)，在所述第一层介质层(4)下方设有容纳装置，所述容纳装置自上而下依次设有第二介质层(6)、第三层介质层(7)和第四层介质层(10)；

s2：脉冲的激光光束(1)从玻璃基片(3)垂直入射，激光光束(1)透过玻璃基片(3)，聚焦在所述第一层介质层(4)的一面，当激光光束(1)的能量大于第一层介质(4)的击穿阈值时，将会产生高温高压的等离子体(2)，等离子体(2)对外辐射冲击波；

s3：等离子体(2)对外辐射冲击波推动第一层介质层(4)形成熔融液滴(5)，熔融液滴(5)嵌入下方的第二层介质(6)和第三层介质层(7)中，形成多层液滴嵌入(8)；形成的多层液滴嵌入(8)进一步向前喷射到第四层介质层(10)中，由于第四层介质层(10)的黏性力和表面张力的作用进而形成多层液滴包裹(9)，在第四层介质层(10)的阻力下使多层液滴包裹(9)驱动力减缓，最终形成完整的液滴；

s4：按预设方向驱动所述玻璃基片(3)运动，重复步骤s2、s3；完成多层液滴的制备。

在本发明的具体技术方案中，所述第一层介质层(4)为液体、含有微细粉末的悬浊液或者固体膜；所述第二介质层(6)、第三层介质层(7)和第四层介质层(10)为不同密度的液体；所述第二介质层(6)的密度小于第三层介质层(7)的密度，所述第三层介质层(7)的密度小于第四层介质层(10)的密度。第一层介质层(4)的种类以及数量可以根据实际需要进行选择，通常为至少两种；所述第二介质层(6)、第三层介质层(7)和第四层介质层(10)为液体，利用液体与液体之间的物理作用或化学作用在容纳装置中产生均匀分层。

进一步的，步骤s4所述按预设方向驱动所述玻璃基片(3)的运动，具体为：以平行于激光光束(1)方向的预设直线为中心轴，按圆周方向驱动所述玻璃基片(3)运动，所述激光光束(1)固定于所述玻璃基片(3)上方。

需要说明的是，脉冲的激光光束(1)从玻璃基片(3)垂直入射，激光(1)透过玻璃基片(3)，聚焦在涂有第一层介质层(4)的一面，当激光能量大于第一层介质层(4)的击穿阈值时，将会产生高温高压的等离子体(2)，等离子体(2)对外辐射冲击波；激光光束(1)瞬时的高能推动第一层介质层(4)形成熔融液滴(5)嵌入下方的第二介质层(6)和第三层介质层(7)中，形成多层液滴嵌入(8)；形成的多层液滴嵌入(8)进一步向前喷射到第四层介质层(10)中，由于液体黏性力和表面张力的作用进而形成多层液滴包裹(9)。

自动生成多层液体的制备原理：如图2所示，为了避免液体靶材制备的困难，本专利利用液体与液体之间的物理作用或化学作用在容器中产生均匀的第二介质层(6)和第三层介质层(7)，当熔融液滴(5)穿过第二介质层(6)和第三层介质层(7)时由于液体具有流动性可以自动形成均匀的层液，由此循环就可以实现自动生成多层均匀层液的制备，从而简化了制备多层液体包裹的工序。

连续多层液滴包裹实现方案：如图2所示，固定脉冲的激光光束(1)，以玻璃基片(3)作为转盘，以旋转方向(a)周期旋转的方式旋转涂有第一层介质层(4)的玻璃基片(3)，进行步骤s2-s4，使激光光束作用在第一层介质层(4)的不同位置形成熔融液滴(5)嵌入到第二介质层(6)、第三层介质层(7)和第四层介质层(10)，以至于可以实现连续制备多层液滴的包裹，提高多层液滴包裹的制备效率。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。