CN109499635B - 一种同轴包裹液滴的超声生成平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同轴包裹液滴的超声生成平台，包括超声发生器、短波谐振器和同轴注液装置；所述短波谐振器由谐振腔壳体和谐振腔盖组成，所述谐振腔盖的一端设有声波入口，另一端设有固定装置；所述超声发生器上的振头置于所述声波入口内，所述谐振腔壳体与所述超声发生器的振头下表面形成的腔体为短波谐振腔；所述谐振腔壳体底端设有一个亚波长室；所述同轴注液装置上端的同轴注液器与所述固定装置通过螺纹连接，所述同轴注液装置下端的注液针头与所述亚波长室同轴且所述注液针头与所述谐振腔壳体的底面相垂直。本发明可以快速、均匀而又经济的生成多重液滴，并控制它的组合和操作，能够适用于不同物理性质的液滴，而且方便可靠，结构简单。

Description

一种同轴包裹液滴的超声生成平台

技术领域

本发明涉及多重液滴的制备技术，更具体的说是涉及一种同轴包裹液滴的超声生成平台。

背景技术

多重液滴的控制与生成在生物、药物输送、化学分离等领域具有广泛的应用前景，快速、均匀而又经济的制备不同物理性质的多重液滴已经成为了生物技术、医药行业等领域科技进步的关键所在。

目前，普通液滴的生成主要采用喷液技术和液体压电技术；多重液滴的生成主要应用乳化法、传质法和微流控芯片生成法。在宏观条件下，普通液滴需要带有一定量的电荷，而针对多重液滴的乳化法需要将不同液体混合后进行高速搅拌，得到的液体均匀性差，而传质法所利用的扩散原理也不能有效地解决这个问题；相较而言，微流控芯片生成法有较好的均匀性，但其在经济成本和时间成本方面却凸显了巨大的缺陷。

同样的，由于微尺度技术的发展与应用，多重液滴的物理性质受到越来越严格的约束，尤其是在对各学科领域所面临的高粘度流体和非牛顿流体的发展与应用方面，高粘度流体和非牛顿流体在此统称为复杂流体。以上常规的方法对于复杂流体效果并不好，它们在应用中对复杂流体的液滴形成、喷射和沉积的控制有限。

因此，设计一种可以实现不同物理性质的液滴同轴包裹装置是推进生物、医药、静电纺丝等领域科技进步的一个关键性技术，是本领域技术人员亟需解决的一个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种同轴包裹液滴的超声生成平台，主要运用于打印、生物移液器的设计、纺丝技术和药物制备等领域。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种同轴包裹液滴的超声生成平台，包括超声发生器、短波谐振器和同轴注液装置；

所述短波谐振器由谐振腔壳体和谐振腔盖组成；所述谐振腔盖的一端设有声波入口，另一端设有固定装置；所述超声发生器上的振头置于所述声波入口内且该振头的下表面与所述谐振腔壳体的上表面平行，所述谐振腔壳体与所述超声发生器的振头下表面形成的腔体为短波谐振腔；

所述固定装置的上端设有内螺纹，所述谐振腔壳体底端设有一个开口，该开口形成亚波长室；所述同轴注液装置上端的同轴注液器与所述固定装置通过螺纹连接，所述同轴注液装置下端的注液针头与所述亚波长室同轴且所述注液针头与所述谐振腔壳体的底面相垂直。

通过采用上述技术方案，本发明可以有效的实现对不同种类液体、细胞液和液滴进行生成、组合和操作，具有结构简便、成本低廉的优点。

在上述技术方案的基础上，本发明还可做出如下进一步的改进：

优选的，所述注液针头伸入所述亚波长室的长度与所述短波谐振腔的高度比不超过0.35，可使多重液滴产生并掉落。

优选的，所述亚波长室的高度与所述短波谐振腔的高度比不超过0.71。

优选的，所述谐振腔壳体的内部为立方体结构，所述亚波长室为圆柱形结构。

优选的，所述亚波长室的直径与所述短波谐振腔的高度比不超过0.27。

经上述设计，可以减少声波由于不规则反射所造成的声波之间的互相干扰，保证该平台能够实现同轴液滴的生成与控制。

优选的，所述同轴注液器上的注液腔体根据不同需求设置有多个。

优选的，为使谐振腔尺寸尽量小，所消耗的能量尽可能的少，所述超声发生器的半波长应小于谐振腔高度。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种同轴包裹液滴的超声生成平台，其有益效果在于：该平台可以快速、均匀而又经济的生成多重液滴，并控制它的组合和操作，能够适用于不同物理性质的液滴，而且方便可靠，结构简单。

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的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明一种同轴包裹液滴的超声生成平台的整体结构剖视图；

图2附图为图1附图中标识A处结构的放大示意图；

图3附图为本发明一种同轴包裹液滴的超声生成平台的俯视图；

图4附图为本发明同轴注液装置的局部剖视图；

图5附图为本发明同轴注液装置中的针管剖视图；

图6附图为本发明同轴注液装置的俯视图；

图7图为本发明短波谐振器的俯视图；

图8附图为本发明短波谐振器的剖视图；

其中，图中，

1-超声发生器，

11-振头；

2-短波谐振器，

21-谐振腔壳体，211-亚波长室，212-短波谐振腔；22-谐振腔盖，221-声波入口，222-固定装置；

3-同轴注液装置，

31-同轴注液器，32-注液针头。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本发明实施例公开了一种同轴包裹液滴的超声生成平台，包括超声发生器1、短波谐振器2和同轴注液装置3，其中，

如图7、8所示，短波谐振器2由谐振腔壳体21和谐振腔盖22组成；谐振腔壳体21内部为立方体结构，谐振腔盖22的一端设有矩形形状的声波入口221，声波通过该入口传入短波谐振腔212并在腔内形成稳定的声场。谐振腔盖22的另一端设有固定装置222，固定装置222的上端设有内螺纹。

如图1所示，超声发生器1上的振头11置于声波入口221内且该振头11的下表面与谐振腔壳体21的上表面平行，本实施例中，振头11的下表面与谐振腔壳体21的上端内表面平齐，谐振腔壳体21与超声发生器1的振头11下表面形成的腔体即为短波谐振腔212。

如图1-3、7-8所示，谐振腔壳体21底端设有一个开口，该开口为圆柱形结构，形成一个亚波长室211；同轴注液装置3上端的同轴注液器31与固定装置222通过螺纹连接，物理性质不同的液滴流经同轴注液器31上不同的腔体并在出口处形成所需要的多重液滴。同轴注液装置3下端的注液针头32与亚波长室211同轴且注液针头32与谐振腔壳体21的底面相垂直。

为了进一步优化上述技术方案，如图1、2、8所示，注液针头32伸入亚波长室211的长度L2与短波谐振腔212的高度L比不超过0.35。

为了进一步优化上述技术方案，如图1、8所示，亚波长室211的直径D与短波谐振腔212的高度L比不超过0.27。

为了进一步优化上述技术方案，如图1、8所示，亚波长室211的高度L1与短波谐振腔212的高度L比不超过0.71。

为了进一步优化上述技术方案，如图4-6所示，同轴注液器31上的注液腔体根据不同需求设置有多个，同轴注液器31也可以根据需要的多重液滴性质进行更换。本实施例中，在同轴注液器31的顶端设有一个注液腔体a，在同轴注液器的侧面设有一个注液腔体b。

本发明的具体工作原理为：

超声发生器1高频振动强迫空气振动并在短波谐振器2内产生超声波，超声波经过短波谐振腔212的反射后产生充满整个谐振腔的叠加稳定声场，并在亚波长室211内形成稳定的声场力；不同种类的流体通过同轴注液装置3的同轴注液器31形成同轴包裹的多重液滴，液滴在亚波长室211中在重力和声压产生的超声力的作用下控制短波谐振器2中的多重液滴成型、掉落或者喷射，形成独立完整的多重液滴。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种同轴包裹液滴的超声生成平台，其特征在于，包括超声发生器(1)、短波谐振器(2)和同轴注液装置(3)；

所述短波谐振器(2)由谐振腔壳体(21)和谐振腔盖(22)组成；所述谐振腔盖(22)的一端设有声波入口(221)，另一端设有固定装置(222)；所述超声发生器(1)上的振头(11)置于所述声波入口(221)内且该振头(11)的下表面与所述谐振腔壳体(21)的上表面平行，所述谐振腔壳体(21)与所述超声发生器(1)的振头(11)下表面形成的腔体为短波谐振腔(212)；

所述固定装置(222)的上端设有内螺纹，所述谐振腔壳体(21)底端设有一个开口，该开口形成亚波长室(211)；所述同轴注液装置(3)上端的同轴注液器(31)与所述固定装置(222)通过螺纹连接，所述同轴注液装置(3)下端的注液针头(32)与所述亚波长室(211)同轴且所述注液针头(32)与所述谐振腔壳体(21)的底面相垂直。

2.根据权利要求1所述的一种同轴包裹液滴的超声生成平台，其特征在于：所述注液针头(32)伸入所述亚波长室(211)的长度与所述短波谐振腔(212)的高度比不超过0.35。

3.根据权利要求1所述的一种同轴包裹液滴的超声生成平台，其特征在于：所述亚波长室(211)的高度与所述短波谐振腔(212)的高度比不超过0.71。

4.根据权利要求1所述的一种同轴包裹液滴的超声生成平台，其特征在于：所述谐振腔壳体(21)的内部为立方体结构，所述亚波长室(211)为圆柱形结构。

5.根据权利要求4所述的一种同轴包裹液滴的超声生成平台，其特征在于：所述亚波长室(211)的直径与所述短波谐振腔(212)的高度比不超过0.27。

6.根据权利要求1所述的一种同轴包裹液滴的超声生成平台，其特征在于：所述同轴注液器(31)上的注液腔体根据不同需求设置有多个。

7.根据权利要求1所述的一种同轴包裹液滴的超声生成平台，其特征在于：所述超声发生器(1)的半波长应小于谐振腔高度。

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