CN109674576B - 流体供应单元及微液滴喷射驱动装置、发生装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种流体供应单元及微液滴喷射驱动装置、发生装置。该流体供应单元包括：流体喷射部和能量传导片，其中，所述流体喷射部和所述能量传导片构成待喷射流体的容器的至少部分容器壁；以及所述能量传导片用于与压电致动器的末端面紧密接触并被驱动产生振动，从而使流体经由流体喷射部喷出而形成定向微液滴流。本公开可以用于眼部、口腔、鼻腔、耳、皮肤及身体其他部位的精准给药。

Description

流体供应单元及微液滴喷射驱动装置、发生装置

技术领域

本发明涉及液滴喷射技术领域，更具体地涉及用于喷射给药的流体供应单元及微液滴喷射驱动装置、发生装置。

背景技术

通常使用的液滴给药器，采用将药物液滴滴入至身体相应部位的方式进行给药。它具有很多缺点，例如药液不能有效到达患病部位，或者药剂量不能被精确控制等等。以滴入式眼药水的使用为例，由于挤压滴出的药物液滴较大，使用者会不自主的眨眼，导致许多药液不能有效到达眼睛。因此，传统液滴的给药方式一方面无法控制用药量，造成浪费；另一方面还造成使用者的不适。

为增加给药的效率及使用便利性，现发展出了微流体喷雾的给药装置。它通过连接装置将供药装置与雾化装置连通，一经使用，雾化装置的喷射腔内即会有药物的残留，因此无法长期使用；并且，由于雾化装置的喷雾驱动元件与本体为整体式连接结构，使用后只能是整体式的抛弃。

发明内容

在下文中给出了关于本公开的简要概述，以便提供关于本公开的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本公开的穷举性概述。它并不意图确定本公开的关键或重要部分，也不意图限定本公开的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本公开的目的之一是提供一种流体供应单元及微液滴喷射驱动装置、发生装置，以至少克服现有技术中存在的上述问题。

根据本公开的一个方面，提供了一种微液滴喷射驱动装置，包括：外壳，其中能够容纳流体供应单元；压电致动器，固定在所述外壳上，被配置为能与所述流体供应单元的一个外壁紧密接触并驱动该外壁振动。

根据本公开的另一个方面，提供了一种流体供应单元，包括：流体喷射部和能量传导片，其中，所述流体喷射部和所述能量传导片构成待喷射流体的容器的至少部分容器壁；以及所述能量传导片用于与压电致动器的末端面紧密接触并被驱动产生振动，从而使流体经由流体喷射部喷出而形成定向微液滴流。

根据本公开的再一个方面，提供了一种微液滴喷射发生装置，包括所述的任一种形式的微液滴喷射驱动装置和所述的任一种形式的流体供应单元的组合。

根据本公开的流体供应单元及微液滴喷射驱动装置、发生装置，它将流体喷射部设置在流体供应单元上，并独立于驱动装置以外，使得流体供应单元可以被单独替换，而驱动装置在变换流体供应单元的情形下可以被反复使用。二者可相互配合形成微液滴喷射发生装置，使用中，驱动装置不与流体供应单元中的药液接触，能够避免交互污染。

通过以下结合附图对本公开的最佳实施例的详细说明，本公开的这些以及其他优点将更加明显。

附图说明

本公开可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本公开的优选实施例和解释本公开的原理和优点。其中：

图1是本申请的微液滴喷射驱动装置的一种实施方式的示意图；

图2是本申请的驻波式压电致动器的一种实施方式的示意图；

图3是本申请的驻波式压电致动器的另一种实施方式的示意图；

图4是本申请的导引光源设置在外壳上的一种实施方式的示意图；

图5是在本申请的外壳上设置遮档机构的一种实施方式的示意图；

图6是遮档机构的一种具体实施方式的示意图；

图7是遮档机构的另一种实施方式的示意图；遮档机构处于关闭状态；

图8是遮档机构的另一种实施方式的示意图；遮档机构处于开启状态；

图9是本申请的流体供应单元的一种实施方式的示意图；

图10是采用接口连接流体供应单元与流体储存单元的一种实施方式的示意图；

图11流体供应单元内设置U形卡槽的一种结构示意图；

图12是U形卡槽与流体喷射部的位置关系示意图；

图13是本申请的微液滴喷射发生装置的一种实施方式的示意图；

图14是本申请的微液滴喷射发生装置的另一种实施方式的示意图；

图15是本申请的微液滴喷射发生装置的第三种实施方式的示意图；

图16是驻波式压电致动器与小包装的流体供应单元相配合的结构示意图；

图17是采用本申请的微液滴喷射发生装置对目标喷射眼药水的示意图；

图18是本申请的微液滴喷射发生装置的第四种实施方式的示意图；

图19是本申请的微液滴喷射发生装置中流体供应单元与外壳可拆卸连接的一种实施方式示意图；

图20是本申请的微液滴喷射发生装置上设置传感器的一种实施方式示意图；

图21是本申请的微液滴喷射发生装置上设置传感器的另一种实施方式示意图。

本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本发明实施例的理解。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本公开的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开，在附图中仅仅示出了与根据本公开的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本公开关系不大的其他细节。

下文中的描述按如下顺序进行：

1.微液滴喷射驱动装置

2.流体供应单元

3.微液滴喷射发生装置

1.微液滴喷射驱动装置

图1是根据本公开实施例的微液滴喷射驱动装置1的一种结构示意图。

结合图1所示，根据本公开实施例的微液滴喷射驱动装置1可以包括外壳110和压电致动器120，压电致动器120固定在所述外壳110上。

并且，再结合图19所示，外壳110还可以用于容纳流体供应单元2；压电致动器120还被配置为能与所述流体供应单元2的一个外壁紧密接触并驱动该外壁振动。

作为本公开的一个示例，所述的微液滴喷射驱动装置1可以独立存在，用来为流体供应单元2提供液体喷射的源动力。外壳110除了可以为压电致动器120提供依附空间，还可以用于连接流体供应单元2，从而限定压电致动器120与流体供应单元2的相对位置，在空间上满足其紧密接触的位置关系。

所述压电致动器120的振动效果与其共振频率相关，在实际使用中，可以根据需求进行选择。

所述压电致动器120可以为钹式压电致动器，结合图15所示，它在结构上包括处于中间的压电驱动元件和处于压电驱动元件两侧的两片钹式薄板，钹式薄板的凸面朝向外端，底面与压电驱动元件相连接；钹式压电致动器的共振频率与压电驱动元件的材料、厚度和直径有关，也和钹式薄板的材料和厚度，以及底部直径和外凸部直径有关。

所述压电致动器120还可以为驻波式压电致动器。驻波是一种由两列振幅相同的相干波在同一直线上沿相反方向传播时形成的叠加波。为了满足驻波形成的条件，又能在压电致动器的能量输出端获得最大位移输出，则要使驻波式压电致动器振动部分的整体长度为超声波半波长或超声波半波长的整数倍；而超声波的波长与压电驱动元件的谐振频率有关，因此，为了使压电驱动元件与激励源产生机械谐振以获得最大位移输出，需要选取激励源的频率与压电驱动元件的谐振频率相同，以产生共振。由于所述振动部分的整体长度包括至少两个四分之一波长，而四分之一波长的长度为最大幅值点与相邻的节点之间的距离，因此，可将节点作为连接固定点。

根据本公开的优选实施例，结合图2和图3所示的驻波式压电致动器，其结构包括压电驱动元件121和能量变幅杆，所述能量变幅杆可以为由同轴的圆盘段122和圆柱段123组成的一体件，压电驱动元件121连接在圆盘段122一侧，圆柱段123的输出端用于与流体供应单元2紧密接触。

进一步的，结合图2所示，圆盘段122在靠近圆柱段123的一侧，可以设置一段环形凹槽124，可以通过环形凹槽124实现压电致动器120与外壳110的连接。

图3所示，圆盘段122也可以设置成一大直径段和一小直径段，大直径段可以在靠近压电驱动元件121一侧；然后可以在小直径段上设置一段环形凹槽124，作为与外壳110实现连接的结构。大直径段可以选择为与压电驱动元件121的横截面积相同，用来传递压电驱动元件121的驱动力，小直径段能起到聚能的作用。

根据本公开的实施例，外壳110可以通过其内部的夹持机构与压电致动器120连接，例如选择所述的环形凹槽124作为夹持点。

从理论上说，夹持机构如果连接在能量变幅杆的振动节点处，对压电致动器120的振动效果影响是越小的，实际使用中很难达到这种理想状态。因此，如图2和图3所示，夹持机构的夹持点可以选择位于圆盘段122上靠近圆柱段123一侧的近节点处。

为了使驻波式压电致动器的振动输出端输出的位移最大，从而使流体供应单元2内的流体获得更大位移量的推动力，从理论上可以选择将压电驱动元件121和能量变幅杆的长度和设置为超声波半波长或超声波半波长的整数倍。例如可以将压电驱动元件121与圆盘段122的长度和设置为四分之一超声波波长或四分之一超声波波长的n倍，将圆柱段123的长度设置为四分之三超声波波长或四分之三超声波波长的n倍，n为正整数。这只是从效果上考虑的理论值，在实际应用中，可以根据需要进行选择。

根据本公开的实施例，为了达到更好的聚能及驱动效果，能量变幅杆的圆盘段122长度可以在1mm至10mm的范围内选择，直径可以在5mm至20mm的范围内选择；圆柱段123长度可以在5mm至15mm的范围内选择，直径可以在2mm至6mm的范围内选择；对应的激励源频率在50KHz-200KHz之间选择。对于圆盘段122和圆柱段123的实际搭配组合，可以按能使压电致动器的输出位移最大的约束条件进行选择；而激励源的频率可以综合考虑压电驱动元件121的谐振频率及能量变幅杆的设计尺寸后进行选择。

为了减小振动传输过程中的能量损失，并提升压电致动器120的谐振频率工作带宽，圆盘段122和圆柱段123之间的截面突变处可以内凹的倒圆部分过渡。例如使圆柱段123的一端截面积逐渐增大，直到与圆盘段122接合，从而形成由圆柱段123到圆盘段122的倒角过渡。

根据本公开的实施例，如图4所示，还可以设置导引光源130，来帮助喷射目标进行自我相对于喷射装置的位置定位。

导引光源130可以选择设置在外壳110上，例如可以处于外壳110的前盖上，并可以进一步设置在与流体供应单元2的流体喷射部对应的位置，例如对应于流体喷射部的外围区域。

导引光源130也可以选择设置在其它能引导喷射目标进行定位的结构上，只要被喷射者能够感知到具体的喷射口所处位置，从而尽量将喷射目标与喷射口对正，就达到了设计目的。

图4作为一个示例，可以将导引光源130构造成一个环形的光带，连接在外壳110的前盖上，并可以环绕在对应于流体喷射部的外围位置。

使给药装置与喷射目标处于正确的相对位置是较好的实现喷射给药的关键。例如，对眼睛给药时，要使给药装置的喷射口与眼睛正对。为防止对眼睛造成伤害，本公开的导引光源130可以采用柔和、无刺激与无伤害的光源，来有效协助定位。导引光源130尤其适用于其他人协助给药时的定位，例如通过经由使用者眼球上反射的光，判断找到适当的喷射位置。

对于自行使用的眼部喷射操作，除了导引光源130的导引外，还可以依靠使用者的练习尽快找到合适的位置。例如，一股眼药的喷射，需要喷射装置距离眼睛约2～5厘米，通过几次的使用后，使用者可以依靠手掌与脸部的相对位置找到比较适合的喷射位置。

为了防止流体供应单元2在使用后，喷口处由于暴露在空气中而造成各种形式的污染，根据本公开的一个实施例，如图5所示，还可以在外壳110上设置一个遮档机构140。例如，外壳110的结构本身可以包括一个前盖，其前盖可以处于流体供应单元2的流体喷射部前方，并在对应于流体喷射部的位置开通孔。遮档机构140可以采用能够开启或封闭所述通孔的设计形式，开启或关闭流体供应单元2的流体喷射部，保证装置非使用状态下与外部环境隔离开。

进一步的，结合图6所示，遮档机构140的具体实施形式可以为一个包括弹性结构141的外盖，当弹性结构141选择为弹簧时，可以使弹簧的一端通过连接件固定在外壳110上，另一端连接外盖。正常状态下，弹簧处于伸长状态，外盖刚好关闭流体喷射部；按压外盖，使弹簧压缩，露出外壳110的通孔，即可开启流体喷射部；弹簧失去外力按压后还能自然恢复原状，再将流体喷射部关闭，保护微喷孔片不受污染。

在具体实施中，遮档机构140的功能不是一定要靠弹簧的伸缩性质实现，也可以通过具有弹性的扭力结构来实现。

另外，结合图7和图8所示，遮档机构140还可以通过一个滑盖来实现。例如，可以在外壳110上设置滑槽，使滑盖能够沿着滑槽上下滑动，从而开启或关闭流体喷射部。图7所示，是滑盖遮档住流体喷射部的示意图；使用时，将滑盖下滑，如图8所示，为开启流体喷射部的示意图。

所述滑盖还可以作为判断是否喷射误的依据，若滑盖闭合，则传感器可以传递闭合信号给相应的控制器，控制器据此关闭喷射开关的功能，从而防止误启动造成的浪费及装置内部污染。

2.流体供应单元

根据本公开的一个实施例，还提供一种流体供应单元2。

如图9所示，所述的流体供应单元2包括：流体喷射部210和能量传导片220，其中，所述流体喷射部210和所述能量传导片220构成待喷射流体的容器的至少部分容器壁；以及所述能量传导片220用于与压电致动器120的末端面紧密接触并被驱动产生振动，从而使流体经由流体喷射部210喷出而形成定向微液滴流。

根据本公开，在流体供应单元2中通过一个容器来容纳流体，容器壁上的能量传导片220用于接收压电致动器120的振动能量后产生振动，从而推动内部的流体经由流体喷射部210喷出形成微液滴流。

所述的流体供应单元2可以作为一个独立存在的结构，既可以方便携带；又可以按需替换。可以将流体供应单元2依剂量设置成小包装，使其内部的药液在适当的使用期限内用尽，从而可以经济有效的使用不添加防腐剂的药液，不造成浪费。

所述流体供应单元2内的流体，例如药液可以在合格的药厂装填完成，并配合微液滴喷射驱动装置1使用，如图17所示即为一种眼药喷射的示意图。

流体供应单元2内容物的剂量参数可依个别药剂调整设定，也可设定统一的剂量浓度。流体供应单元2的容量可以大，例如像市面上的滴药器；也可以小，满足不含防腐剂的需求。

根据本公开的优选实施例，流体供应单元2还可以包括接口230。例如，对于设置成小包装的流体供应单元2，当其内部流体用完以后，如图10所示，可以通过接口230与另外配置的流体储存单元3连通，来补充供给。

进一步的，结合图10所示，接口230的具体结构可以包括连接迫紧件231，连接迫紧件231的功能是为了使待喷射流体的容器能够与流体储存单元3之间形成密闭的连接，而不至于使流体在流动过程中与外界空气发生接触，产生性质改变。

所述接口230还可以进一步包括穿刺部232，穿刺部232可以用来刺破流体储存单元3的密闭出口，使其内部的流体得以进入到待喷射流体的容器内。所述穿刺部232可以采用虹吸透气结构(未图示)，以使流体能够顺畅地通过穿刺部232流出到流体供应单元。

根据本公开的实施例，连接迫紧件231与流体储存单元3之间可以是卡扣式连接；也可以采用螺纹结构进行连接。

根据本公开的优选实施例，为了达到更好的喷射效果，需要减少驱动能量在容器内部的损失，因此可以选择传输路径相对短的位置来设置流体喷射部210和能量传导片220。例如，将二者在待喷射流体的容器壁上正相对的位置安放，如图9所示。

其实流体喷射部210和能量传导片220设置在其它的位置，也可以实现流体的喷射。例如将二者设置在所述容器壁的相邻表面上，当能量传导片220受振动挤压容器内部流体时，同样可以使流体喷射而出。

根据本公开，流体喷射部210可以采用微喷孔片来实现，如图9所示。所述微喷孔片可以采用以下之一种材料制成：金属、高分子材料、陶瓷材料或单晶材料。其中金属材料包括但不限于不锈钢、镍、镍钴合金等；高分子材料，例如聚醚醚酮(PEEK)；陶瓷材料，例如氧化铝、氧化锆等；单晶材料，例如蓝宝石、碳化硅等。

所述微喷孔片上至少要设置一个喷孔，来喷射流体。

喷孔的数量，可以结合喷射目标部位的大小，欲达到的喷射效果及源驱动力的大小进行综合考虑确定。对于有多个喷孔的微喷孔片，多个喷孔可以采用多种规则或不规则的排布形式。例如，多个喷孔可以采用蜂窝等距排列的形式。

根据本公开的优选实施例，对于多个喷孔的设置形式，为了使喷出的定向微液滴流能够相对集中在一定范围内，针对喷射目标产生更好的喷射效果，可以在微喷孔片上以中心为原点，直径1mm至10mm的区域内分布，喷孔的直径可以选择为5微米至200微米。

对喷孔数量和喷孔直径进行综合选择，可以使微喷孔片每次喷出的流体量在1微升～200微升范围内。对于流体为眼药水的情况，经实验验证，该数值范围能够满足除去损失以后眼球所需要的有效药剂量。

微喷孔片每次喷出的流体量的优选值为8微升～15微升。

微喷孔片每次喷出的流体量的进一步优选值为10微升。

为了更好的产生定向微液滴流，所述喷孔的结构应该满足，在流体经过时能够产生层流流动，并且在产生定向微液滴流的过程中能够减少反向的空气流。为了满足这个要求，可以使喷孔的形状设置成由容器内壁侧至外壁侧直径逐渐变化，例如，使喷孔的流体入口端直径大于流体出口端直径。进一步的，可以将喷孔的形状设置成锥形，并使其侧壁向孔中心侧弯曲形成弧形壁。

另外，对于微液滴喷射驱动装置1的外壳110上设置的导引光源130，作为一种替换形式，也可以选择设置在微喷孔片上；并且进一步，可以将导引光源130形成一个光环，选择设置在喷孔区域的外围。

根据本公开的实施例，为了能够提高流体的喷射效率，使其在容器壁上少残留，可以在喷孔的侧壁表面设置疏水层；或者为了尽量减少流体在非喷射状态由喷孔的流出，可以在喷孔的侧壁表面设置亲水层。疏水层或亲水层的设置都是为了使微喷孔片具有良好的生物兼容性。

进一步的，疏水层或亲水层可以是新增加的涂层。例如采用金属、金属陶瓷或陶瓷材料增设的涂层。其中金属，如金、钯、铂、钛、锡钴合金等；金属陶瓷如碳化铬。

疏水层或亲水层还可以由对喷孔的侧壁表面进行材料改性获得。

根据本公开的优选实施例，例如，微喷孔片的材质可以选择镍钴合金，其喷孔的侧壁表面可以增加碳化铬或金涂层，从而得到表面光洁、具有良好生物兼容性的亲水性喷孔表面。

或者为了增加喷孔表面的疏水性，可以在喷孔的侧壁表面涂布例如铁氟龙涂层。

对喷孔侧壁表面进行材料改性，可以是将喷孔表层结构纳米化，也能达到疏水或亲水的目的。

例如，可以选择使用铝材料制成微喷孔片，将喷孔的侧壁表面铝经阳极氧化处理获得氧化铝薄层，形成亲水涂层。

所述喷孔可以采用以下之一种机械加工方式获得：例如钻孔、冲压或剪切等。

或者喷孔可以采用以下之一种非机械加工方式获得：电铸、蚀刻等电化学手段；激光烧灼或消蚀等手段。

根据本公开的实施例，为了保证流体供应单元2内部流体的安全使用性能，需要将其与外界空间隔离。也就是要将喷孔以内形成一个密闭的空间。

例如，可以在喷孔上设置可去除的表面层，表面层覆盖在微喷孔片的外表面，密封所有喷孔。使用时，除去即可。

或者，设置密封薄膜，用于分别密封每个喷孔；所述密封薄膜在容器内流体受压时破裂。

再或者，可以在待喷射流体的容器内设置一层密封壁，将所述容器内腔分隔为靠近压电致动器的流体储存区和靠近流体喷射部的喷射区。在初始状态，流体储存在流体储存区，当流体受压时，推动所述密封壁破裂。

根据本公开的实施例，能量传导片220的形状可以是多种多样的，例如平的、凹的、凸的或者弧面等等，分别可以满足不同情况下的使用要求。

例如，可以选择能量传导片220为平板形状，如图15和图16所示。平板形状能量传导片220可以用于与钹式压电致动器配合使用，如图15所示；也可以与驻波式压电致动器配合使用，如图16所示。

所述能量传导片220的形状还可以是：具有向流体一侧凹陷的形状，凹陷的底部表面被配置为能够与压电致动器末端面紧密接触，承接振动能量。可以用于与驻波式压电致动器配合使用，如图13和图14所示。

为了使能量传导片220具有足够的强度，又能尽量减少能量传递过程中的损失，可以采用0.01mm至0.2mm厚的金属片制成。

根据本公开的优选实施例，能量传导片220可以采用0.05mm厚的316L不锈钢材料制成。

或者能量传导片220还可以采用0.01mm至0.1mm厚的非金属膜制成。

优选的，能量传导片220可以采用0.04mm厚的天然乳胶薄膜制成。

根据本公开的实施例，结合图11和图12所示，流体供应单元还可以包括一个U形卡槽240，所述U形卡槽240可以设置在所述待喷射流体的容器内壁表面，并处于流体喷射部的外围，用于提供微量流体的存留空间。在待喷射流体的容器内部流体供应不足，只剩极少的用量时，通过晃动的方式能使少量流体由于表面张力作用停留在U形卡槽240内，从而靠近流体喷射部210，有利于提高喷射利用率，而减少残留浪费。

3.微液滴喷射发生装置

本申请的又一种实施方式提供了一种微液滴喷射发生装置4。

结合图13、图14和图15所示，微液滴喷射发生装置4可以是微液滴喷射驱动装置1的任一具体实施例与流体供应单元2的任一具体实施例的结合。结合后形成一流体喷射整体。

微液滴喷射驱动装置1与流体供应单元2可以通过可拆卸的方式连接，以方便流体供应单元2的更换，并使压电致动器120和能量传导片220的相对位置关系能够被约束，从而相互接触，更好的传递振动能量。

根据本公开的实施例，结合图15所示，可以优选具有平板形状能量传导片220的流体供应单元2与包括钹式压电致动器的微液滴喷射驱动装置1相结合，组成微液滴喷射发生装置4。钹式压电致动器的一片钹式薄板的凸面作为驱动末端与能量传导片220紧密接触。

根据本公开的又一实施例，结合图13所示，为流体供应单元2与包括驻波式压电致动器的微液滴喷射驱动装置1相结合的实例，可以将驻波式压电致动器的圆柱段123末端作为输出端与能量传导片220紧密接触。能量传导片220的形状可以为向流体一侧凹陷，凹陷部位的大小可以刚好匹配圆柱段123的输出端。圆柱段123上可以设置环形凹槽124，环形凹槽124处于靠近圆盘段122的位置，外壳110的夹持机构可以连接在环形凹槽124上。

根据本公开的再一实施例，如图14所示的微液滴喷射发生装置4与图13的不同之处在于，环形凹槽124设置在圆盘段122上，并处于靠近圆柱段123的位置，外壳110可以通过夹持机械连接在环形凹槽124上。

图16所示，为包括驻波式压电致动器的微液滴喷射驱动装置1与一种小包装的流体供应单元2相结合的实例。由于流体供应单元2的内容积相对小，所以可以选择平板形状的能量传导片220。为了减少小空间内的流体浪费，尽量减少其内部的流体喷射死角，可以选择使流体喷射部210和能量传导片220的形状和大小都相同，并几乎形成流体供应单元2整个长度方向的容器壁，同时使二者处于直接正对的位置；这样，增大了驱动力与内容物的作用面，能够减少残留。

为了达到更好的喷射效果，可以将微喷孔片、能量传导片220及压电致动器120同轴设置，例如图13至图17中所示的相应结构。同轴，能够使驱动力更直接的传递给流体，使流体经过相对短的路径后由喷孔喷出。

微喷孔片与能量传导片220之间的距离也会影响能量的传递，过于接近时，流体补充的速度可能来不及，进而影响喷射的效果；同时小间距间的容积过小，也不适用于较大容积供给的情况使用；如果间距过大，又会增加能量的损耗，也影响喷射效果。

根据本公开的实施例，可以根据实际使用需要在0～3mm范围内选择微喷孔片与能量传导片220之间的距离。所述距离的选择与驱动力的大小、欲达到的喷射速度、喷射液滴的直径及在目标上的沉积量均相关。随着驱动电压的升高，二者的间距可以适当加大。

微喷孔片与能量传导片220之间的优选间距为0.2～0.8mm。

图17所示，为微喷孔片、能量传导片220及压电致动器120同轴设置情况下，微液滴喷射发生装置4对目标喷射眼药水的示意图。由图17中可以看出，液滴流基本分布在正对眼球的范围内，有利于获得好的喷射效果。

根据本公开的实施例，通过选择驱动电压及喷孔尺寸，能产生目标初始速度及大小的液滴。例如，选择驱动电压，以使流体喷射部210产生的微液滴流初始速度在0.5m/s～20m/s范围内；再结合对喷孔尺寸的选择，使液滴直径大于15微米；再结合对喷射目标位置的调整，可以使微液滴流质量的至少70％沉积在目标上。

或者，可以将能量传导片220与压电致动器120紧密接触，喷孔设计为蜂窝状等距排列，通过对具体参数的选定，来产生目标速度0.5m/s～10m/s，平均直径大小为10微米～100微米的微液滴。

根据本公开的再一具体实施例，可以选择喷孔的直径为35微米，使流体的初始平均喷射速度为10m/s，喷射给药距离20mm，从而在喷射目标上达到流体70％的沉积比例。

根据本公开的再一具体实施例，对于流体供应单元2内盛装聚乙烯醇流体的情况，可以将微喷孔片、能量传导片220及压电致动器120同轴设置，使微喷孔片与能量传导片220之间相距0.2-0.3mm；选择含镍材料制成的微喷孔片，并可以选择锡钴合金涂层作为喷孔表面的涂层，防止微喷孔片材料的内部镍析出，造成药水污染。

图18所示，为微液滴喷射发生装置4的又一个具体实施例，采用驻波式压电致动器与具有凹陷形状的能量传导片220相配合；待喷射流体的容器通过连接迫紧件231与流体储存单元3连接，连接方式可以是卡扣式也可以是螺纹式；通过穿刺部232将流体储存单元3刺破，实现流体储存单元3与所述容器连通。

一个应用接口230的实施例，例如流体供应单元2内为眼药水，通过接口230将流体供应单元2与市售的眼药滴药器相结合。如图18所示，可以在流体供应单元2的上方设置一个开孔，开孔上结合有硅胶材质的连接迫紧件231，可以在连接迫紧件231上连接穿刺部232；在获取市售的眼药滴药器后，将其瓶盖打开，然后使出液滴头对正连接迫紧件231，在连接迫紧件231的导引下，穿刺部232刺入所述出液滴头并扩孔，二者互通后，药液被引入流体供应单元2内。

图19所示，为微液滴喷射发生装置4的又一个具体实施例，外壳110上设置了用来安装流体供应单元2的结构，能够实现流体供应单元2的可拆卸连接，又能使流体供应单元2与压电致动器120的末端紧密接触；流体喷射部210的位置对应于外壳110上预留的开孔；外壳110上的夹持机构连接在圆盘段122上。

根据本公开的实施例，结合图20和图21所示，微液滴喷射发生装置4还可以包括传感器410，通过传感器410检测所述遮挡机构140是否开启，然后将检测信号传递给控制器；若控制器接收到遮挡机构140开启信号，则当喷液开关被按动，控制器控制压电致动器120可以通电产生振动，进行喷液；若控制器接收到遮挡机构140关闭信号，则控制器会输出阻止压电致动器120通电的控制信号，即使喷液开关被按动，也无法启动喷射。能够有效防止误喷射。

传感器410可以设置在外壳110的内壁上，并靠近外壳110上预留的开孔边缘。

由于本公开在外部明亮的状态下使用，所以传感器410可以采用感光元件，例如光敏电阻来实现，如图21所示。

传感器410也可以采用霍尔元件实现，可以在遮挡机构140上设置磁铁142与霍尔元件配合来判断遮挡机构140的位置，确定遮挡机构140是否开启。磁铁142的设置位置可以是：在遮挡机构140关闭状态下，与霍尔元件的位置相对应。

下面为对于喷射剂量的市场调研：以眼药为例，对市售的五种眼药产品进行调研，数据如下表所示。

据了解，眼药水的比重与水相当。由表中数据显示，市售滴眼器的每滴体积约在31～37微升左右。使用时，大约50％～90％的药液会流失掉，也就是说，仅有大约3.1～18.5微升的药液会进入眼睛。有文献表示，眼球所能保有的药液约在7微升左右，这个值位于3.1～18.5之间，因此，设定每次的优选有效给药剂量至少为7微升是合理的估算。此外，考虑到本公开的微液滴喷射发生装置能达到的有效喷射沉积量最低为70％，因此若是使用市售眼药水的成份的话，本公开应有能力一次喷出约10微升的剂量，以符合现有滴眼器的给药剂量，即一次喷射约等于一滴。

在药水有效成分浓缩的情况下，每次喷射的剂量可以更少。

表

本公开的技术方案除可应用于眼部的眼药水给药，还可应用于口腔、鼻腔、耳、皮肤及身体其他部位的精准给药。

综上，根据本发明的实施例，本发明提供了如下技术方案，但不限于此：

技术方案1、一种微液滴喷射驱动装置，包括：

外壳，其中能够容纳流体供应单元；

压电致动器，固定在所述外壳上，被配置为能与所述流体供应单元的一个外壁紧密接触并驱动该外壁振动。

技术方案2、根据技术方案1所述的微液滴喷射驱动装置，所述压电致动器为驻波式压电致动器。

技术方案3、根据技术方案1所述的微液滴喷射驱动装置，所述压电致动器为钹式压电致动器。

技术方案4、根据技术方案2所述的微液滴喷射驱动装置，

所述驻波式压电致动器包括压电驱动元件和能量变幅杆，能量变幅杆包括同轴的圆盘段和圆柱段，圆盘段的首端面连接压电驱动元件，圆柱段的末端面用于与所述流体供应单元紧密接触。

技术方案5、根据技术方案4所述的微液滴喷射驱动装置，

所述圆柱段与所述圆盘段之间以内凹的倒圆部分过渡。

技术方案6、根据技术方案1～5中任一项所述的微液滴喷射驱动装置，还包括：

导引光源，用于对喷射目标的引导定位。

技术方案7、根据技术方案1～6中任一项所述的微液滴喷射驱动装置，还包括：

设置于所述外壳上的遮挡机构，用于开启或关闭流体供应单元的流体喷射部。

技术方案8、根据技术方案7所述的微液滴喷射驱动装置，

所述遮挡机构为包括弹性结构的外盖，它利用弹性结构的弹性实现对流体喷射部的开启或关闭。

技术方案9、一种流体供应单元，包括：

流体喷射部和能量传导片，

其中，所述流体喷射部和所述能量传导片构成待喷射流体的容器的至少部分容器壁；以及

所述能量传导片用于与压电致动器的末端面紧密接触并被驱动产生振动，从而使流体经由流体喷射部喷出而形成定向微液滴流。

技术方案10、根据技术方案9所述的流体供应单元，还包括：

接口，用于与流体储存单元连通。

技术方案11、根据技术方案10所述的流体供应单元，

所述接口包括连接迫紧件，用于导引流体储存单元与所述待喷射流体的容器形成密闭连接。

技术方案12、根据技术方案11所述的流体供应单元，

所述接口还包括穿刺部，用于穿刺流体储存单元以实现连通。

技术方案13、根据技术方案9～12中任一项所述的流体供应单元，所述流体喷射部和所述能量传导片在所述待喷射流体的容器上相对设置。

技术方案14、根据技术方案9～13中任一项所述的流体供应单元，所述流体喷射部为微喷孔片，微喷孔片上具有至少一个喷孔。

技术方案15、根据技术方案14所述的流体供应单元，所述喷孔在微喷孔片上以中心为原点直径1mm至10mm的区域内分布，喷孔的直径为5微米至200微米。

技术方案16、根据技术方案14或15所述的流体供应单元，所述喷孔的流体入口端直径大于流体出口端直径。

技术方案17、根据技术方案16所述的流体供应单元，所述喷孔为锥形孔，其侧壁向孔中心侧弯曲形成弧形壁。

技术方案18、根据技术方案14～17中任一项所述的流体供应单元，

所述喷孔的侧壁表面具有疏水层或亲水层。

技术方案19、根据技术方案18所述的流体供应单元，

所述疏水层或亲水层通过对喷孔侧壁表面进行材料改性获得。

技术方案20、根据技术方案9～19中任一项所述的流体供应单元，

还包括U形卡槽，所述U形卡槽设置于所述待喷射流体的容器内壁表面，并处于流体喷射部的外围，用于提供微量流体的存留空间。

技术方案21、根据技术方案9～20中任一项所述的流体供应单元，

所述能量传导片采用0.01mm至0.2mm厚的金属片制成。

技术方案22、根据技术方案9～20中任一项所述的流体供应单元，

所述能量传导片采用0.01mm至0.1mm厚的非金属膜制成。

技术方案23、一种微液滴喷射发生装置，包括技术方案1～8中任一项所述的微液滴喷射驱动装置和技术方案9～22中任一项所述的流体供应单元。

技术方案24、根据技术方案23所述的微液滴喷射发生装置，

所述流体供应单元与外壳可拆卸地连接。

技术方案25、根据技术方案23或24所述的微液滴喷射发生装置，还包括传感器和控制器，其中，

传感器用于检测所述遮挡机构是否开启，并将检测信号传递给控制器，控制器在遮挡机构开启的状态下，控制压电致动器通电产生振动，进而驱动能量传导片振动。

技术方案26、根据技术方案23～25中任一项所述的微液滴喷射发生装置，

所述微喷孔片、能量传导片及压电致动器同轴设置，微喷孔片与能量传导片之间相距0～3mm。

技术方案27、根据技术方案26所述的微液滴喷射发生装置，

微喷孔片与能量传导片之间相距0.2～0.8mm

最后，还需要说明的是，在本发明中，诸如左和右、第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管上面已经通过本发明的具体实施例的描述对本发明进行了披露，但是，应该理解，本领域技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本发明的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本发明所要求保护的范围内。

Claims (18)

1.一种流体供应单元，其特征在于包括：

流体喷射部和能量传导片，

其中，所述流体喷射部和所述能量传导片构成待喷射流体的容器的至少部分容器壁；以及

所述能量传导片用于与压电致动器的末端面紧密接触并被驱动产生振动，从而使流体经由流体喷射部喷出而形成定向微液滴流；

U形卡槽，所述U形卡槽设置于所述待喷射流体的容器内壁表面，并位于待喷射流体的容器的中央，并处于流体喷射部的外围，用于提供微量流体的存留空间，将微量流体通过表面张力作用停留在U形卡槽内。

2.根据权利要求1述的流体供应单元，其特征在于还包括：

接口，用于与流体储存单元连通。

3.根据权利要求2所述的流体供应单元，其特征在于：

所述接口包括连接迫紧件，用于导引流体储存单元与所述待喷射流体的容器形成密闭连接。

4.根据权利要求3所述的流体供应单元，其特征在于：

所述接口还包括穿刺部，用于穿刺流体储存单元以实现连通。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的流体供应单元，其特征在于：

所述流体喷射部和所述能量传导片在所述待喷射流体的容器上相对设置。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的流体供应单元，其特征在于：

所述流体喷射部为微喷孔片，微喷孔片上具有至少一个喷孔。

7.根据权利要求6所述的流体供应单元，其特征在于：

所述喷孔在微喷孔片上以中心为原点直径1mm至10mm的区域内分布，喷孔的直径为5微米至200微米。

8.根据权利要求6所述的流体供应单元，其特征在于：

所述喷孔的流体入口端直径大于流体出口端直径。

9.根据权利要求8所述的流体供应单元，其特征在于：

所述喷孔为锥形孔，其侧壁向孔中心侧弯曲形成弧形壁。

10.根据权利要求6所述的流体供应单元，其特征在于：

所述喷孔的侧壁表面具有疏水层或亲水层。

11.根据权利要求10所述的流体供应单元，其特征在于：

所述疏水层或亲水层通过对喷孔侧壁表面进行材料改性获得。

12.根据权利要求1～4中任一项所述的流体供应单元，其特征在于：

所述能量传导片采用0.01mm至0.2mm厚的金属片制成。

13.根据权利要求1～4中任一项所述的流体供应单元，其特征在于：

所述能量传导片采用0.01mm至0.1mm厚的非金属膜制成。

14.一种微液滴喷射发生装置，其特征在于包括一种微液滴喷射驱动装置和权利要求1～13中任一项所述的流体供应单元；

所述微液滴喷射驱动装置包括：

外壳，其中能够容纳流体供应单元；

压电致动器，固定在所述外壳上，被配置为能与所述流体供应单元的一个外壁紧密接触并驱动该外壁振动。

15.根据权利要求14所述的微液滴喷射发生装置，其特征在于：

所述流体供应单元与外壳可拆卸地连接 。

16.根据权利要求14或15所述的微液滴喷射发生装置，其特征在于：还包括传感器和控制器，其中，

所述外壳上设置遮挡机构，用于开启或关闭流体供应单元的流体喷射部；

传感器用于检测遮挡机构是否开启，并将检测信号传递给控制器，控制器在遮挡机构开启的状态下，控制压电致动器通电产生振动，进而驱动能量传导片振动。

17.根据权利要求14或15所述的微液滴喷射发生装置，其特征在于：

所述流体喷射部为微喷孔片，微喷孔片上具有至少一个喷孔；

所述微喷孔片、能量传导片及压电致动器同轴设置，微喷孔片与能量传导片之间相距0～3mm。

18.根据权利要求17所述的微液滴喷射发生装置，其特征在于：

微喷孔片与能量传导片之间相距0.2～0.8mm。