[0001] 本发明涉及液晶技术领域，具体涉及微反应器装置、系统及其在制备液晶胶体颗粒中的应用。

[0002] 在各种软物质材料中，液晶是被研究得最多的刺激响应材料之一，其既具有液体的流动性，又具有晶体的取向有序性和光学性质，对外部刺激具有高灵敏度。液晶在传统的显示器应用技术已经相当成熟，人们对于“超越”显示的研究产生了极大的兴趣，而其中一个研究领域是制造大规模可控的液晶缺陷阵列。当液晶中的秩序对称性在相变过程中或在特定的边界条件下被打破时，会产生拓扑缺陷，由于其流动性，液晶拓扑缺陷难以控制，但只有当缺陷的类型和位置可以被精确控制时，极具吸引力的应用，如胶体自组装、光学涡旋、微透镜阵列和双稳态显示器等才会实现。将液晶与拓扑缺陷结合起来，已经成为在微纳米级别尺度上合成和操控粒子的新方法。因此，对液晶分子取向的精确调控对于基础研究和实际应用都具有非常重要的研究价值。

[0003] 界面与胶体科学交叉领域的研究推动了二维胶体组装体的发展，其应用涉及多个领域，如化学和生物传感、光子学等。研究表明，现已经开发了多种技术来在固体基底上制备二维胶体组装体。在固体基底上形成的胶体组装体的局限性是容易出现缺陷和裂缝，而在流体界面上形成的组装体表现出长程有序和缺陷极小的优点。对于在两种各向同性流体（如水‑空气）界面上的胶体，其组织结构主要由静电和毛细力相互作用决定。在各向异性体系中，液晶通过引入额外的弹性相互作用，从而能够制备出具有可调节和响应外部作用的胶体超结构。但现有文献鲜少有报道利用液晶作为模板来合成微观材料，本发明进一步展开了这方面的研究。

[0029] 本发明实施例中采用的XYZ位移平台具体为XYZ三轴精密位移台，型号LD80，厂商派迪威。其它能够实现毛细管在XYZ 3个方向上移动的市售装置均可用于本发明。

[0030] 本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

[0031] 本发明实施例提供一种微反应器装置，其结构如图1所示，该装置包括PDMS柔性基底1，PDMS柔性基底1上具有微结构2，微结构2为横截面呈平面几何排布的若干个圆形、椭圆形、或者多边形的孔槽。在微结构中，多边形为三角形、矩形、五边形、六边形中的一种，比如微结构2为圆柱体、椭圆柱体、多边形棱柱（三角棱柱、方体、五边形棱柱、六边形棱柱等）。

[0032] 在本发明的优选实施例中，微反应器装置还包括盖3，盖用于覆盖微结构，以更好地进行相关反应。更优选的，选择透光盖比如载玻片，在起到密封作用的同时还可以允许发生光作用，如果需要避光，加封避光材料在透光盖上，比如黑纸就可以实现避光。

[0033] 在本发明的优选实施例中，多边形为正三角形、正方形、正六边形中的一种。微结构的尺寸为20 250 μm，孔槽之间的间距为20 25 μm。~ ~

[0034] 在本发明的优选实施例中，平面几何排布为阵列排布，比如环形阵列排布、圆形阵列排布、椭圆阵列排布、矩形阵列排布，更为优选为矩形阵列排布。在矩形阵列排布中，也具有多种形式，比如图2所示的两种情形，还可以为长方形阵列结构，相对的两侧为“凹”字形或“凸”字形结构，或者，相对的两侧为平滑弧线结构，弧线弧度为30 150°，等等。~

[0035] 进一步地，本发明以下实施例采用优选的正三角形、正方形、正六边形微结构为例进行详细说明，其中，当孔槽为圆形，尺寸以直径和深度定义；当孔槽为正三角形和正方形，尺寸以边长和深度定义；当孔槽为正六边形，尺寸以外切圆直径和深度定义。

[0036] 下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。实施例1 制作阵列式PDMS柔性微结构阵列

[0037] 本实施例提供具有微结构的PDMS柔性基底制作流程，包括以下步骤：（1）采用AutoCAD软件绘制带有不同尺寸和形状的几何图案，定制成尺寸为5寸×5
寸×2.3 mm的掩模版，图3示出微结构的掩模版设计图，黑色表示不透光，白色表示透光。其中微结构尺寸为20 250 μm，相邻单元微结构间距为20 25 μm，图2展示了本实施例制作的~ ~
四种形状微结构掩模版的细节图，这4种形状微结构排列成正方形阵列，相对的两侧为平行的直线型或是曲线型结构。

[0038] （2）光刻微结构流程：涂胶：在硅片上采用SU8‑3000系列光刻胶进行旋涂，旋涂分‑1为两步，第一步为：速度500 rpm，加速度500 rpm·s ，时间5 s；旋涂第二步为：速度1800~
‑1
2500 rpm，加速度1800 2500 rpm·s ，时间60 s，旋涂厚度约为20 60 μm；之后进行分步前~ ~
烘，自然冷却至室温；在光刻机内将掩模版与涂胶完毕的硅片对齐进行紫外曝光，紫外曝光‑2
参数为：曝光时间25 s，紫外强度126 μM·cm ；再进行分步后烘；显影：采用PGMEA显影剂显影，时间4 10 min；显影完成后用异丙醇清洗，氮气吹干硅片后显微镜观察光刻情况；坚膜：
~
将光刻好的硅片放120 ℃热板上保持30 min，后自然冷却至室温。

[0039] 在上述过程中，分步前烘包括：第一步室温加热至50±5℃，保持10 15 min；第二~步加热至65±5℃，保持10 15 min；第三步加热至95±5℃，保持10 15 min；第四步，95℃冷~ ~
却至室温。

[0040] 分步后烘包括：第一步室温加热至50±5℃，50±5℃保持10 min；第二步50±5℃加热至65±5℃，65±5℃保持10 min；第三步65±5℃加热至80±5℃，80±5℃保持10 min；第四步，80±5℃冷却至室温。

[0041] （3）PDMS倒模：将PDMS和固化剂按照质量比为10 : 1充分搅拌混合后真空消除气泡，获得液态PDMS；后将液态PDMS均匀倒在硅片上，进行热固化，固化参数包括：温度90 ℃，时间30 min，自然冷却至室温；固化结束后将PDMS从硅片上剥离，切割保存，备用。实施例2 液晶微反应系统的搭建

[0042] 本实施例提供一种液晶微反应系统，包括采用实施例1方式制作的具有微结构的PDMS柔性基底（即微反应器装置），其微结构深度在20 60 μm，边长在 20 250 μm，相邻单元~ ~微结构间距为20 25 μm；该系统还包括流体输送装置，流体输送装置用于向微反应器装置~
的微结构中输送流体。

[0043] 该液晶微反应系统具体搭建方法如下：（1）流体输送装置搭建：流体输送装置由XYZ位移平台和玻璃毛细管组成。用硅胶
软管连接25 μL注射器和毛细管，将液晶混合物注入毛细管中，然后把毛细管固定在XYZ位移平台上，调整毛细管位置至微结构上方，液晶混合物沿壁填入微结构中（图4中A图给出三棱柱微结构填充示意图），可调整XYZ位移平台转轴控制毛细管位置以实现阵列内任意位置微井的填充。图4中A图还展示了明场下液晶混合物填充PDMS微井的显微镜图。

[0044] 液晶混合物流体的制备方法包括：将单体 HEMA 和光引发剂 HMP 按体积比 10 : 1混合制备前驱体，然后将所述前驱体与 5CB 混合，所述5CB在体系中的体积占比为95%。本实施例只是给出一种优选示例，单体 HEMA 和光引发剂 HMP 体积比还可以为10：1.1、10：
1.2、10：1.3、10：1.4、10：1.5、10：1.6、10：1.7、10：1.8、10：1.9、10：2.0，即在10 : 1 2之间，~
以及5CB在体系中的体积占比为93 97%都可以。
~

[0045] （2）以正三棱柱微结构为例，其尺寸信息为：深度44 μm，边长70 μm，微结构间距20 μm，将PVA玻片覆盖至PDMS微结构上方，偏光显微镜下观察液晶缺陷类型的变化。在空气锚定下的液晶分子发生弯曲形变（m = ‑1），而PVA可平行锚定液晶分子形成类似于风车状织构，液晶分子沿缺陷点发生展曲形变（m = +1），织构图像分别如图4B图和C图所示。此外，图4的C图中在三角形的中心有一个点，由三角形的三个顶点向中心处延伸的三条黑线相交构成，又称作缺陷中心，当采用紫外光照后胶体颗粒会聚集在缺陷中心处。
实施例3 前驱体与液晶混合比例对液晶相态及颗粒形貌的影响

[0046] （1）考察对液晶相态影响的实验：采用实施例2的方式搭建微反应系统，所采用的微结构为横截面为正方形的方体结构，边长150 μm，深度26 μm，微结构间距20 μm，其结构如图2中C图所示，探究前驱体与 5CB 混合对液晶初始相态的影响。先将单体 HEMA（甲基丙烯酸羟乙酯） 和光引发剂 HMP（α‑羟基异丁酰苯） 按体积比 10 : 1 混合制备前驱体。其次将前驱体再与 5CB（4‑氰基‑4'‑戊基联苯） 混合获得液晶混合物流体，选择混合前驱体体积占比为：3 vol%、5 vol%、7 vol%、9 vol%、11 vol%、15 vol%，对应 5CB 体积占比为：97 vol%、95 vol%、93 vol%、91 vol%、89 vol%、85 vol%。如图5所示，当5CB的体积占比为85 vol%、89 vol%、91vol%时在偏光显微镜观察为暗图，表现为各向同性。5CB的体积占比为93 vol%、95 vol%、97 vol%时为各向异性，差示扫描量热仪（DSC）测量相转变温度分别为14.15℃、19.97℃、26.56℃（图6），且在偏光显微镜观察为亮图。

[0047] （2）考察对颗粒形貌影响的实验：与（1）的区别是：采用正三棱柱微结构，边长70 μm，深度53 μm，微结构间距20 μm，图2中B图所示，探究前驱体与液晶不同体积比对形成聚合物颗粒的影响（如图7所示，图7中是以前驱体占比衡量），结果表明当前驱体比例较多时（>7 vol%），微孔内易聚合成多个形态不一的小球颗粒；而前驱体比例较少时（<3 vol%），含量过低不易形成聚合物小球，最终选择前驱体占比 5 vol%。实施例4 微结构形状对胶体颗粒形成的影响

[0048] 采用实施例2的方式搭建微反应系统，探究微结构形状对胶体颗粒形成的影响，选择在深度为 53 μm 、直径或边长分别为60、70、80 μm，且几何构型为横截面圆形（圆柱体）、正三角形（正三棱柱）、正方形（横截面为正方形的长方体）、正六边形（正六棱柱）的微结构阵列中填充含5 vol% 前驱体的液晶混合物，使用PVA 玻片覆盖PDMS微结构。选择波长为 365 nm 紫外光照射 10 h，观察微结构几何形状变化对胶体颗粒聚合情况的影响。由图8（显示的是直径或边长为70 μm的图，其它尺寸与该图结果完全相同）可知仅在正三棱柱微结构中原缺陷点位置形成了胶体颗粒，而其他形状微结构均未观察到颗粒的形成。
实施例5 紫外光波长对胶体颗粒形成的影响

[0049] 采用实施例2的方式搭建微反应系统，所采用的微结构为正三棱柱（边长80 μm，深度53 μm，间距20 μm），其结构如图2中B图所示，探究紫外光波长对组装胶体颗粒的影响。将样品置于暗室中，紫外灯距离样品 4 cm，选择254 nm和365 nm两种波长的紫外光，照射 10 h，显微镜下观察不同紫外光波长对微孔内胶体颗粒聚合情况的影响。如图9所示，对于254 nm紫外光，能量过高，聚合物分子未移动到微结构中心时，已被固化；而365 nm紫外光更有利于形成胶体颗粒。实施例6 微结构尺寸对胶体颗粒形成的影响

[0050] 采用实施例2的方式搭建微反应系统，选择三棱柱微结构和在365 nm紫外波长光照的情况下，探究微结构深度（26 μm、44 μm、53 μm），与边长（60 μm、70 μm、80 μm）对胶体颗粒形成的影响，具体组合方式如图10所示。紫外光照 10 h后，在显微镜明场模式下观察聚合物小球生成情况。如图11所示，结果表明当微结构深度>40 μm 时，比如深度在44 53 μ~m、边长在 60 80 μm 时会在缺陷点处形成聚合物小球，在深度为26 μm微结构中没有观察~
到颗粒的形成，说明尺寸过大或过小都会影响胶体颗粒的聚合效果。因此，针对胶体颗粒的形成过程，适宜采用深度>40 μm，边长在60 80 μm的三棱柱微结构。
~

[0051] 综上所述，本发明提供了一种微反应器装置以及微反应系统，并探索了该微反应器装置以及微反应系统在利用液晶拓扑缺陷作为可编程纳米模板用于定向组装和合成聚合物胶体颗粒上的新技术。该技术通过在受限封闭体系中形成的液晶中心缺陷点，将高分子材料组装成粒径可控的微球，有助于研究单个组装体的特性或将单个组装体用作功能材料，有望开发成液晶产品、防伪产品、化学传感器等，而应用在智能光电显示、光电子器件和传感等领域。

[0052] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。