一种基于微流控技术制备仿生复眼的方法技术

本发明专利技术属于仿生复眼技术领域，公开了一种基于微流控技术制备仿生复眼的方法，包括：去离子水作为连续相；光固化剂中加入非离子型表面活性剂和紫外光引发剂作为分散相；将连续相和分散相注入PDMS微流体通道，使分散相在连续相中形成单分散微液滴，并通过紫外线照射固化得到多个粒径均一的球形固体颗粒；在去离子水中放置光固化剂液滴，将球形固体颗粒倾倒在光固化剂液滴上；光固化剂液滴表面被所述球形固体颗粒完全覆盖后，使用紫外线对光固化剂液滴进行照射固化，形成一颗复合透镜，即仿生复眼。本发明专利技术结合微流控技术与紫外光固化技术制备仿生复眼，具有成本低，工艺简单，可一体化成型等优点，有助于降低仿生复眼加工难度并扩大其应用场景。应用场景。应用场景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微流控技术制备仿生复眼的方法


[0001]本专利技术属于仿生复眼
，具体的说，是涉及一种基于微流控技术制备仿生复眼的方法。

技术介绍

[0002]仿生复眼系统具有大视场，时间分辨率高，对运动物体快速捕捉等优势，因此吸引了一大批国内外学者在该领域进行研究。根据仿生复眼系统结构的不同，可以分为三类：平面复眼系统，曲面复眼系统及多相机系统。其中，平面复眼系统视场角较小，受其原理限制，体积相比于其他两种系统而言较大，但制备较为简单；多相机系统视场角可达360
°
，但由于其结构较为复杂，运算数据庞大，信息整合迟缓等缺点的存在使得应用受到限制。曲面复眼系统综合了其他两种系统的优点，可以实现系统结构的进一步简化，在视场角较大的同时实现了体积可控，更接近自然界中复眼的结构。
[0003]高精度复杂曲面的制备是仿生复眼系统构建的难点。现有的文献中，高精度复杂曲面的制备大多采用3D增材制造技术，超精密金刚石车削，光刻技术，纳米压印等。然而，目前常用的高精度仿生复眼制备技术仍存在两个问题：一是无法一体化加工，组合加工工艺较为复杂；二是虽然传统加工技术较为成熟，但仍面临成本较高的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的是仿生复眼制备的相关技术问题，提出了一种基于微流控技术制备仿生复眼的方法，结合微流控技术与紫外光固化技术制备仿生复眼，具有成本低，工艺简单，可一体化成型等优点，有助于降低仿生复眼加工难度并扩大其应用场景。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：
[0006]本专利技术提供了一种基于微流控技术制备仿生复眼的方法，包括如下步骤：
[0007](1)去离子水作为连续相；光固化剂中加入非离子型表面活性剂和紫外光引发剂并搅拌均匀，作为分散相；其中，所述非离子型表面活性剂用于降低所述分散相与所述连续相的界面张力；
[0008](2)控制环境温度恒定，以确保所述分散相和所述连续相粘度恒定；调整所述分散相和所述连续相的流速稳定并且流速比为0.5
‑
1.5，并将所述分散相和所述连续相分别注入PDMS微流体通道；所述分散相和所述连续相在所述PDMS微流体通道中汇合后，所述分散相在所述连续相中形成多个直径在数十微米量级的单分散微液滴，多个所述单分散微液滴通过紫外线照射固化得到多个粒径均一的球形固体颗粒；
[0009]所述PDMS微流体通道设置有两个入口和一个出口，且出口与两个入口均连通；两个入口分别用于通入所述连续相和所述分散相，出口用于排出含有所述球形固体颗粒的液体；
[0010]所述紫外线照射所述PDMS微流体通道中所述入口和所述出口的交汇处至所述出口的区段；
[0011](3)将与步骤(1)相同的光固化剂滴在去离子水中的玻璃片体表面，形成一个光固化剂液滴；将步骤(2)得到的含有所述球形固体颗粒的液体倾倒在所述光固化剂液滴上，由于表面能最低原理，所述球形固体颗粒会吸附在去离子水与光固化剂液滴的两相界面上；
[0012](4)所述光固化剂液滴表面被所述球形固体颗粒完全覆盖后，使用紫外线对所述光固化剂液滴进行照射固化，所述表面固体颗粒和所述光固化剂液滴自组装为复合透镜，即仿生复眼；其中所述表面固体颗粒作为副透镜，内部所述光固化剂液滴的固化物作为主透镜。
[0013]进一步地，步骤(1)中的所述光固化剂为丙烯酸酯类固化剂。
[0014]进一步地，步骤(1)中的所述非离子型表面活性剂占所述光固化剂的质量分数为2％
‑
4％。
[0015]进一步地，步骤(1)中的所述紫外光引发剂占所述光固化剂的质量分数为1％。
[0016]进一步地，步骤(2)中的所述环境温度在10℃
‑
25℃范围内选择。
[0017]进一步地，步骤(2)中的所述PDMS微流体通道采用软刻蚀方法制作而成；所述PDMS微流体通道具有矩形截面，且其宽度和深度均为微米量级。
[0018]进一步地，步骤(2)中的所述连续相和所述分散相注入所述PDMS微流体通道的最大压力均为2bar，最大流量均为2mL/min。
[0019]进一步地，步骤(2)和步骤(4)中所述紫外线的紫外光波长为365nm，光功率至少为50w，照射时间至少为20s。
[0020]进一步地，步骤(2)中的所述连续相和所述分散相通过高精度分体式注射系统注入所述PDMS微流体通道；所述高精度分体式注射系统包括与控制器连接的精密型电动位移台，所述精密型电动位移台能够驱动微注射器的活塞杆，所述微注射器的出口通过PTFE毛细管连接所述PDMS微流体通道的入口；两个所述微注射器中分别储存有分散相和连续相，所述分散相和连续相的流速均由所述控制器进行调剂。
[0021]进一步地，通过调节步骤(3)中所述玻璃片体表面的润湿性和所述光固化剂液滴的体积，可以调整所述仿生复眼的视场角为60
°
至130
°
。
[0022]本专利技术的有益效果是：
[0023](一)本专利技术所制备的仿生复眼可以实现曲面复眼系统结构的进一步简化，在视场角较大的同时实现了体积可控，且更接近自然界中的复眼结构，是一种由副透镜与主透镜组合而成的复合透镜结构，并且能够保证透镜的曲面精度。
[0024](二)本专利技术采用微流控芯片作为液滴发生装置，使液滴生成、液滴固化等多步加工工艺的小型化和集成化成为可能；并且只需要非常小的流体体积，从而减少了实验和试剂的总成本，提高制备效率。此外，微流控装置具有优越的流体力学特性，狭窄的通道可以防止湍流，从而使两相流与微液滴平稳、可预测的传输。
[0025](三)本专利技术采用微流控方法制作光学元件，可以精确控制液滴的尺寸以及球形结构，生成的液滴具有良好的单分散性，结合紫外聚合技术，可以批量生成具有一定机械刚性的，光学性能良好的微液滴。
[0026]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0027]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0028]图1是本专利技术实施例的基于微流控技术制备仿生复眼的方法中PDMS微流体通道的结构示意图；
[0029]图2是本专利技术实施例的基于微流控技术制备仿生复眼的方法中高精度分体式注射系统的结构示意图；
[0030]图3是本专利技术实施例的基于微流控技术制备仿生复眼的方法中单分散微液滴的形成周期示意图；
[0031]图4是本专利技术实施例的基于微流控技术制备仿生复眼的方法所制备复合透镜的结构示意图。
具体实施方式
[0032]为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及效果，以下将结合实施例与附图来详细说明。
[0033]参照下面的描述和附图，将清楚本专利技术的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本专利技术的实施例中的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控技术制备仿生复眼的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)去离子水作为连续相；光固化剂中加入非离子型表面活性剂和紫外光引发剂并搅拌均匀，作为分散相；其中，所述非离子型表面活性剂用于降低所述分散相与所述连续相的界面张力；(2)控制环境温度恒定，以确保所述分散相和所述连续相粘度恒定；调整所述分散相和所述连续相的流速稳定并且流速比为0.5
‑
1.5，并将所述分散相和所述连续相分别注入PDMS微流体通道；所述分散相和所述连续相在所述PDMS微流体通道中汇合后，所述分散相在所述连续相中形成多个直径在数十微米量级的单分散微液滴，多个所述单分散微液滴通过紫外线照射固化得到多个粒径均一的球形固体颗粒；所述PDMS微流体通道设置有两个入口和一个出口，且出口与两个入口均连通；两个入口分别用于通入所述连续相和所述分散相，出口用于排出含有所述球形固体颗粒的液体；所述紫外线照射所述PDMS微流体通道中所述入口和所述出口的交汇处至所述出口的区段；(3)将与步骤(1)相同的光固化剂滴在去离子水中的玻璃片体表面，形成一个光固化剂液滴；将步骤(2)得到的含有所述球形固体颗粒的液体倾倒在所述光固化剂液滴上，由于表面能最低原理，所述球形固体颗粒会吸附在去离子水与光固化剂液滴的两相界面上；(4)所述光固化剂液滴表面被所述球形固体颗粒完全覆盖后，使用紫外线对所述光固化剂液滴进行照射固化，所述表面固体颗粒和所述光固化剂液滴自组装为复合透镜，即仿生复眼；其中所述表面固体颗粒作为副透镜，内部所述光固化剂液滴的固化物作为主透镜。2.根据权利要求1所述的一种基于微流控技术制备仿生复眼的方法，其特征在于，步骤(1)中的所述光固化剂为丙烯酸酯类固化剂。3.根据权利要求1所述的一种基于微流控技术制备仿生复眼的方法，其特征在于，步骤(1)中的所述非离子型表面活性剂占所述光固化剂的质量分数为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵美蓉，白嵩奇，郑叶龙，孙玉楷，黄银国，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：