CN102056744B - 气动式分散器 - Google Patents

Abstract

一种根据本发明的气动式分散器(1)，包括：第一板(10)，其包括液体供应单元(11)、被连接至所述液体供应单元(11)的第一腔(C1)，以及被连接至所述第一腔(C1)的液体排放单元(12)；弹性膜(20)，其至少被安装在所述第一板(10)的第一腔(C1)上且构成所述第一腔(C1)的一侧；第二板(30)，其在与第一腔(C1)相对的一侧上包括第二腔(C2)，该第二板(30)面向所述第一板(10)，且所述弹性膜(20)被插入其间；以及，凸缘，其通过使液体供应单元(11)朝向弹性膜(20)突出而形成。

Description

气动式分散器

技术领域

本发明涉及一种气动式分散器，且更具体地，涉及一种在排放液体时采用凸缘(bump)限制回流的气动式分散器。

背景技术

一种排放液体的分散器的实施例包括喷头。所述喷头可分为热泡式喷头和压电式喷头。

在热泡式喷头中，当气泡在加热器中生成时，所述气泡以与液体排放出口(例如，喷头的喷嘴)相反的方向回流。

在压电式喷头中，即使在按压与腔相连接的薄膜的方案中，液体也会以与液体排放喷嘴相反的方向回流。

排放液体的分散器--即喷头--在连接至液体供应单元的流径(flow path)上设有节流装置(节流器或者颈)，从而抑制气泡的回流或者液体的回流。

例如，节流装置通过在液体的回流方向上形成流径从而在回流方向上增加流动阻力，所述回流方向上的流径与液体在排放方向上的流径相比具有相对较小的横截面面积，从而抑制液体的回流。

同样地，在采用所述的用于形成较小的横截面面积的流径的节流装置的情况下，所述分散器的使用受到包括在所排放的液体中的微小颗粒或者元件的限制。也就是说，在分散器中，所述微小颗粒可能堵塞液体供应单元和压力腔之间的间隙。

在背景部分中所公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此它可能包含不构成本国的本领域内普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

技术问题

本发明致力于提供一种气动式分散器，该气动式分散器具有以精确的量排放包含微小颗粒的液体的优点。

技术方案

本发明致力于提供一种气动式分散器，该气动式分散器还具有另一些优点：结构简易、价格低廉并且能够大量生产。

本发明的一个示例性实施方案提供了一种气动式分散器，包括：第一板，其包括液体供应单元、被连接至所述液体供应单元的第一腔，以及被连接至所述第一腔的液体排放单元；弹性膜，其至少被安装在所述第一板的第一腔上并且构成该第一腔的一侧；第二板，其在与所述第一腔相对的一侧上包括第二腔，该第二板面向第一板，且所述弹性膜被插入其间；以及，凸缘，其通过使液体供应单元朝向弹性膜突出而形成。

所述弹性膜可与所述第一板和第二板相对应地形成。

所述弹性膜可包括：固定单元，其被固定在所述第一板和第二板之间；以及，驱动单元，其在所述第一腔和第二腔之间进行抽吸操作。所述弹性膜可由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成。

作为所述驱动单元的一侧的第一腔可构成供应和排放液体的液体腔，以及作为所述驱动单元的另一侧的第二腔可构成形成负压和正压的气动腔。

所述第一腔和第二腔可在相同的中心线上具有相同的面积。

所述第一腔可由圆柱形凹槽形成，并且凸缘可对应于弹性膜的中心呈圆柱形地突出。

以所述第一腔的底部为基准，凸缘的突出高度比第一腔的凹槽高度低。

所述液体供应单元包括：入口，其被连接至所述第一腔；以及，凸缘，其从所述第一腔的底部朝向弹性膜突出，从而使入口朝向弹性膜延伸。

所述液体排放单元包括连接至第一腔的排放出口，并且所述第一腔进一步包括被连接至所述排放出口的流径。

有利效果

如上所述，根据本发明的一个示例性实施方案，当凸缘通过使液体供应单元朝向弹性膜突出而形成，并在排放液体时通过以弹性膜阻塞液体供应单元防止液体回流时，弹性膜的第二次变形排放了所述液体，从而将包括微小颗粒的液体定量地排放出去。

此外，因为一个示例性实施方案的气动式分散器允许了气动压力(负压或正压)作用于所述第二腔而不使用电学器件，因此实现了简易的结构、低廉的价格，和大规模的生产。

附图说明

图1是根据本发明的一个示例性实施方案的气动式分散器的立体图。

图2是图1的气动式分散器的立体分解图。

图3是第一板中的第一腔的平面图。

图4是被连接至第一板中的第一腔的流径的局部立体图。

图5是第一腔中的凸缘和入口的放大的平面图。

图6是第一板中的液体排放单元的立体图。

图7至图9示出了图1的气动式分散器的运行状态图。

具体实施方式

本发明将在下文中参考附图被更完整地描述，在这些附图中示出了本发明的示例性实施方案。如本领域普通技术人员将意识到的，所描述的实施方案可通过各种不同的方式而被修改，所有这些修改都不背离本发明的宗旨或者范围。这些附图和描述本质上被认为是解释性而非限制性的。贯穿整个发明书，相同的参考数字指示相同的元件。

图1是根据本发明的一个示例性实施方案的气动式分散器的立体图，以及图2是图1的气动式分散器的立体分解图。

参考图1和图2，所述气动式分散器1被配置为定量排放一种液体和包括微小颗粒或细胞的其他液体。作为一个实施例，气动式分散器1包括第一板10、弹性膜20、第二板30和凸缘40。

第一板10和第二板30被彼此粘合，且弹性膜20被插入其间。第一板10被配置用于供应和排放液体。第二板30被配置以使气动压力(负压和正压)作用于弹性膜20上。

例如，第一板10包括液体供应单元11、第一腔C1以及液体排放单元12，并且该第一板10构成气动式分散器1的体部。第二板30构成对应于第一腔C1的第二腔C2。

弹性膜20被安装在第一板10上并且构成第一腔C1的一侧。弹性膜20至少被安装为面向第一腔C1。

在该示例性实施方案中，弹性膜20被形成为面向第一板10和第二板30。也就是说，弹性膜20具有与组装状态的第一板10和第二板30相同的面积。

弹性膜20包括固定单元21和驱动单元22。所述固定单元21被固定在面向彼此的第一板10和第二板30之间。所述驱动单元22被布置在第一腔C1和第二腔C2之间。所述驱动单元22通过朝向第一腔C1和第二腔C2移动以进行抽吸操作。

例如，所述弹性膜20可由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成。

弹性膜20在第一板10和第二板30之间为第一腔C1和第二腔C2分别建立了相对侧。驱动单元22和第一腔C1--其构成驱动单元22的一侧--构成供应和排放液体的液体腔。驱动单元22和第二腔C2--其构成驱动单元22的另一侧--构成了产生负压和正压的气动腔。

图3是第一板中的第一腔的平面图，图4是被连接至第一板中的第一腔的流径的局部立体图，图5是第一腔中的凸缘和排放出口的放大平面图。

参考图3至图5，第一腔C1和第二腔C2由布置在相同的中心线上的且具有相同的面积的圆柱形凹槽形成。相应地，作用在第二腔C2上的负压和正压通过弹性膜20的驱动单元22有效地作用在第一腔C1上。

当弹性膜20将液体排放至第一板10和第二板30之间的液体排放单元12时，凸缘40阻止了所排放的液体回流至液体供应单元11。例如，凸缘40通过使液体供应单元11朝向弹性膜20突出而形成。

第一腔C1由圆柱形凹槽形成。凸缘40对应于弹性膜20的中心在第一腔C1中呈圆柱形突出。以第一腔C1的底部为基准，凸缘40的突出高度H40比第一腔C1的凹槽高度HC1低。

被连接至第一腔C1的液体供应单元11包括入口11a。入口11a形成在凸缘40中。也就是说，凸缘40从第一腔C1的底部朝向弹性膜20突出，从而使液体供应单元11的入口11a朝向弹性膜20延伸。在排放液体时，在入口11a被堵塞之后，弹性膜20被进一步加压。

图6是第一板中的液体排放单元的立体图。

参考图6，在第一板10中，液体排放单元12包括被连接至第一腔C1的排放出口12a。第一腔C1和排放出口12a通过流径13彼此连接。

流径13以与第一腔C1的凹槽高度HC1相同的高度形成。因此，凸缘40的突出高度H40比流径13的凹槽高度HC1低。流径13的一侧由弹性膜20构成。

在下文中，将描述气动式分散器1的生产工艺。作为一个实施例，液体供应单元11、液体排放单元12以及流径13通过干法硅蚀刻方法(silicon dry etching method)在第一板10上形成。

也就是说，通过由两个步骤构成的干法硅蚀刻方法，形成第一腔C1、流径13和凸缘40。凸缘40由第一步蚀刻所形成，以及第一腔C1和流径13由在第一步蚀刻之后进行的第二步蚀刻形成。

因此，第一腔C1和流径13的凹槽高度HC1与在第一腔C1上突出的凸缘40的突出高度H40不同。例如，凸缘40的高度与流径13和第一腔C1的高度可以相差约20mm。

由于流径13和第一腔C1的高度HC1比凸缘40的高度H40高，所以当弹性膜20与第一板10接触时，弹性膜20并不会贴到凸缘40上。

在第一腔C1、流径13和凸缘40形成之后，第一板10的与第一腔C1相对的一个表面被布置在第一腔C1的表面上且被图案化。此后，液体供应单元11的入口11a和液体排放单元12的排放出口12a由干法硅蚀刻方法形成。

弹性膜20通过使用PDMS形成。例如，第二板30的内表面用PDMS涂覆几十至上百mm，且在约70℃硬化，从而使PDMS被制成在第二板30的内表面上。

所制成的PMDS表面使用氧等离子体处理约30s，且将其中形成了所述弹性膜的第二板30粘合至第一板10。因此，弹性膜20被插入在了第一板10和第二板30之间。

另外，第二腔C2通过在第二板30中形成对应于第一腔C1的孔而形成。第二腔C2具有与第一腔C1相同的直径。通过气动气压--即负压或正压--的致动，第二腔致动弹性膜20的驱动单元22。

图7至图9示出了图1的气动式分散器的运行状态图。参考图7至图9，将描述气动式分散器1的运行。

参考图7，当负压作用在第二腔C2上时，弹性膜20的驱动单元22从第一腔C1延伸至第二腔C2，从而在第一腔C1中形成负压。

通过负压，液体通过液体供应单元11的入口11a输入第一腔C1和流径13。

参考图8，当负压从第二腔C2释放，且正压作用在第二腔C2上时，弹性膜20的驱动单元22从第二腔C2被压向第一腔C1，以与凸缘40紧密接触，从而堵塞入口11a。

即使弹性膜20被加压，由于入口11a的堵塞，第一腔C1和流径13中的液流被保持了堵塞，而不通过液体供应单元11的入口11a回流。

参考图9，当更大的正压作用于第二腔C2时，弹性膜20的驱动单元22在与凸缘40紧密接触而堵塞入口11a的同时，还在从第二腔C2到第一腔C1的进一步加压下，对第一腔C1的内部加压。

因为第一腔C1在入口11a的堵塞状态下被加压，所以第一腔C1和流径13中的液体通过液体排放单元12的排放出口12a被排出。

此时，通过控制作用在第二腔C2上的正压的幅度和运行时间，从排放出口12a排放的液体可被定量控制。

同样，该示例性实施方案的气动式分散器1将液体排放至排放出口12a，以将其口径保持为能够维持如下状态：在该状态中，弹性膜20与凸缘40紧密接触以完全堵塞入口11a。

因而，一个示例性实施方案的气动式分散器1可定量排放包括各种微小颗粒和细胞的液体，且可主要在要求定量排放--即生物相关的试验装置--的领域中被采用。

另外，由于一个示例性实施方案的气动式分散器1具有由气动压力而非电气结构致动的简易结构，所以气压分散器1可以以低成本并通过各种方法生产。

因此，一个示例性实施方案的气动式分散器1可很容易地在要求液体排放的系统中采用，从而有助于发展集成系统，即芯片实验室系统。

尽管本发明结合了目前认为可行的示例性实施方案进行描述，应理解的是，本发明并不限于所公开的实施方案，相反地，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的宗旨和范围内的各种改型和等同的布置。

Claims (7)

1.一种气动式分散器，包括：

第一板，其包括液体供应单元、连接至所述液体供应单元的第一腔，以及连接至所述第一腔的液体排放单元；

弹性膜，其至少被安装在所述第一板的第一腔上，并且构成所述第一腔的一侧；

第二板，其在与所述第一腔相对的一侧上包括第二腔，该第二板面向第一板，且所述弹性膜被插入其间；以及

凸缘，其通过使液体供应单元朝向所述弹性膜突出而形成;

其中，所述第一腔由圆柱形凹槽形成，以及，所述凸缘对应于所述弹性膜的中心呈圆柱形地突出;

其中，以所述第一腔的底部为基准，所述凸缘的突出高度比所述第一腔的凹槽高度低;以及

其中，所述液体供应单元包括连接至所述第一腔的入口，以及，所述凸缘从所述第一腔的底部朝向所述弹性膜突出，从而使所述入口朝向所述弹性膜延伸。

2.如权利要求1所述的气动式分散器，其中所述弹性膜与所述第一板和所述第二板相对应地形成。

3.如权利要求2所述的气动式分散器，其中所述弹性膜包括：

固定单元，其固定在所述第一板和所述第二板之间；以及

驱动单元，其在所述第一腔和所述第二腔之间进行抽吸操作。

4.如权利要求3所述的气动式分散器，其中所述弹性膜由聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成。

5.如权利要求3所述的气动式分散器，其中：

所述驱动单元的一侧的第一腔构成供应和排放液体的液体腔，以及

所述驱动单元的另一侧的第二腔构成形成负压和正压的气动腔。

6.如权利要求5所述的气动式分散器，其中所述第一腔和所述第二腔在相同的中心线上具有相同的面积。

7.如权利要求1所述的气动式分散器，其中：

所述液体排放单元包括被连接至所述第一腔的排放出口，以及所述第一腔进一步包括被连接至所述排放出口的流径。

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