CN109865904B - 电火花加工微细亲水探针操作微液滴方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电火花加工微细亲水探针操作微液滴方法及装置，其中，该方法包括：将微细金属探针插入待操作液体中，通过控制微细金属探针的水平方向运动，利用微细金属探针侧壁表面的亲水特性自动吸取待操作液体中的微液滴到微细金属探针的侧壁上；通过操作将微细金属探针和微液滴移动到需要点液的位置；通过沿微细金属探针的轴向方向吹出带有压力的气体，将微液滴释放到需要点液的基片上。该方法利用微细金属探针的亲水表面能自动吸取和操作微液滴，具有节能、操作便捷、系统成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及特种加工技术领域，特别涉及一种电火花加工微细亲水探针操作微液滴方法及装置。
背景技术
微液滴具有体积小、比表面积大、内部稳定等特性，使其在当前化学和生物领域中作用也来越重要。试验中应用微液滴技术可降低特种试剂用量、降低实验成本，还可避免对超微量样品的稀释，实现常规剂量难以完成的化学分析要求。微液滴技术在药物控释、病毒检测、颗粒材料合成、催化剂等领域具有重要作用。但微液滴应用的前提是能够对微液滴进行精确的提取和操作。
液滴的形成机理是当某处施加的力大于其液面界面张力时，该处微量液体会突破界面张力形成液滴。基于毛细力的微液滴提取和操作方法简单、成本低，在化学、生物等相关试验中被广泛应用，其主要形式为蘸取式、毛细式和浸润式。生物和化学试验中，最常用的微液滴操作方法是通过吸管手工对单个微液滴提取、移动和点样操作，其微液滴大小可控性较差，难以实现特别微小定量液滴的准确、快捷操作，而且吸管由橡胶、玻璃等制成，具有一定的使用寿命，难于满足大批量化高效微液滴操作需求。
为实现高效提取和快速自动化操作微液滴，机械式微液滴操作方法及系统逐渐被开发和应用。一种采用夹子式狭缝毛细力提取微液滴、利用被点样基片表面能吸附来释放微液滴的机器人系统，可实现直径<200μm微液滴的点样操作。一种利用探针端部表面亲和性和侧壁表面不具有亲和性的探针拾取微液滴方法，可实现平面上皮升以下微量液滴精确提取操作。一种利用液体腔储液给液、压电喷嘴喷射点样的微液滴操作方法和装置，可实现体积为1nL的微液滴连续点样操作。
但现有的微液滴操作方法及系统还有微液滴机构较为复杂、液滴提取需要外加驱动能量、操作环境适应性较差、液滴试剂对橡胶等材料腐蚀等一些不足。目前尚缺乏一种耐腐蚀、长寿命、自动化、低成本的微液滴操作方法及系统。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种电火花加工微细亲水探针操作微液滴方法，该方法利用微细金属探针的亲水表面能自动吸取和操作微液滴，具有节能、操作便捷、系统成本低等优点。
本发明的另一个目的在于提出一种电火花加工微细亲水探针操作微液滴装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种电火花加工微细亲水探针操作微液滴方法，包括：将微细金属探针插入待操作液体中，通过控制所述微细金属探针的水平方向运动，利用所述微细金属探针侧壁表面的亲水特性自动吸取所述待操作液体中的微液滴到所述微细金属探针的侧壁上；通过操作将所述微细金属探针和所述微液滴移动到需要点液的位置；通过沿所述微细金属探针的轴向方向吹出带有压力的气体，将所述微液滴释放到需要点液的基片上。
本发明实施例的电火花加工微细亲水探针操作微液滴方法，通过利用探针直径和表面亲水特性来调控提取液滴大小，操作便捷、易于定量调控，采用金属材料作为微细探针，可制作出细长甚至尖端的探针，不仅具有刚度高、耐腐蚀、长工作寿命的优点，而且可以应用于穿刺提取，比如细胞的穿刺提取样液等。
另外，根据本发明上述实施例的电火花加工微细亲水探针操作微液滴方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过改变微细电火花加工制备过程中的电参数和工作液条件，调控所述微细金属探针表面的微观形貌，获得具有亲水特性的单根或多根或阵列的所述微细金属探针。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述微细金属探针的水平方向运动为左右、前后、旋转、摇动中的一个或多个方向的运动。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过调节所述微细金属探针直径、表面亲水特性、插入所述待操作液体的液面深度和时间中的一个或多个来改变提取的所述微液滴大小和体积。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过调节气体的气体压力来调控释放所述微液滴的速度和大小。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种电火花加工微细亲水探针操作微液滴装置，包括：微细金属探针，用于插入待操作液体，通过控制所述微细金属探针的水平方向运动，利用所述微细金属探针侧壁表面的亲水特性自动吸取所述待操作液体中的微液滴到所述微细金属探针的侧壁上；移动装置，用于控制所述微细金属探针和所述微液滴移动到需要点液的位置；供气系统，用于提供气体；吹气结构，所述吹气结构的吹气喷嘴与所述供气系统连接，用于通过沿所述微细金属探针的轴向方向吹出带有压力的气体，将所述微液滴释放到需要点液的基片上。
本发明实施例的电火花加工微细亲水探针操作微液滴装置，通过利用探针直径和表面亲水特性来调控提取液滴大小，操作便捷、易于定量调控，采用金属材料作为微细探针，可制作出细长甚至尖端的探针，不仅具有刚度高、耐腐蚀、长工作寿命的优点，而且可以应用于穿刺提取，比如细胞的穿刺提取样液等。
另外，根据本发明上述实施例的电火花加工微细亲水探针操作微液滴装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过改变微细电火花加工制备过程中的电参数和工作液条件，调控所述微细金属探针表面的微观形貌，获得具有亲水特性的单根或多根或阵列的所述微细金属探针。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述微细金属探针的水平方向运动为左右、前后、旋转、摇动中的一个或多个方向的运动。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过调节所述微细金属探针直径、表面亲水特性、插入所述待操作液体的液面深度和时间中的一个或多个来改变提取的所述微液滴大小和体积。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过调节气体的气体压力来调控释放所述微液滴的速度和大小。
本发明附加的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，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的电火花加工微细亲水探针操作微液滴方法流程图；
图2为根据本发明一个实施例的微细电火花加工单根、多根、阵列微细探针工艺示意图；
图3为根据本发明一个实施例的微细亲水探针微液滴操作系统示意图；
图4为根据本发明一个实施例的微细亲水探针微液滴操作和点液过程示意图；
图5为根据本发明一个实施例的电火花加工微细亲水探针操作微液滴装置结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的电火花加工微细亲水探针操作微液滴方法及装置。
首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的电火花加工微细亲水探针操作微液滴方法。
图1为根据本发明一个实施例的电火花加工微细亲水探针操作微液滴方法流程图。
如图1所示，该电火花加工微细亲水探针操作微液滴方法包括以下步骤：
在步骤S101中，将微细金属探针插入待操作液体中，通过控制微细金属探针的水平方向运动，利用微细金属探针侧壁表面的亲水特性自动吸取待操作液体中的微液滴到微细金属探针的侧壁上。
其中，微细金属探针的水平方向运动为左右、前后、旋转、摇动中的一个或多个方向的运动。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过改变微细电火花加工制备过程中的电参数和工作液条件，调控微细金属探针表面的微观形貌，获得具有亲水特性的单根或多根或阵列的微细金属探针。
进一步地，多根或阵列微细金属探针通过空间位置分布和设计，可实现图形化、阵列多微液滴的提取、移动和点液操作，多根微细金属探针之间的距离要求足够大，避免提取的液滴相互接触。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过调节微细金属探针直径、表面亲水特性、插入待操作液体的液面深度和时间中的一个或多个来改变提取的微液滴大小和体积。
在步骤S102中，通过操作将微细金属探针和微液滴移动到需要点液的位置。
在本发明的实施例中，利用运动操作平台或机械手用于实现微液滴精确移动到目标位置。
在步骤S103中，通过沿微细金属探针的轴向方向吹出带有压力的气体，将微液滴释放到需要点液的基片上。
在本发明的实施例中，使用供气系统用于提供一定压力气体，利用吹气喷嘴吹出一定压力气体来释放微细探针上的微液滴。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过调节气体的气体压力来调控释放微液滴的速度和大小。
本发明的实施例利用现有的微细电火花加工技术制备单根/多根/阵列微细探针，可制备各种金属材料的探针，而且探针的形状和尺寸精度易于保证，探针的表面亲水特性易于通过电参数调控，并且采用亲水表面特性探针的表面能自动提取液滴，提取过程无需外加能量和驱动机构，具有节能、小巧和成本低。
下面结合附图和实施实例来描述本发明的系统组成和具体操作步骤。
图2为根据本发明一个实施例的微细电火花加工单根、多根、阵列微细探针工艺示意图，展示了微细电火花加工单根、多根、阵列微细探针加工工艺方法，如图2(a)所示：脉冲电源正极接初始棒状电极，负极通过接金属顶尖将电流导到运动的线电极丝上，利用微细电火花加工实现线电极放电磨削制备单根微细探针。加工多根微细探针方法如图2(b1)所示：脉冲电源正极接初始电极，负极通过接金属顶尖将电流导到运动的线电极丝上；沿水平两方向移动初始电极，与运动的线电极丝在不同位置进行微细电火花加工，可实现电火花线切割加工出多根微细探针如图2(b2)所示。阵列微细探针加工工艺如图2(c)所示：利用线电极放电磨削先制备出单根微细电极如图2(c1)所示；使用制备单根微细电极在反拷片上进行电火花穿孔加工出阵列微孔如图2(c2)所示；再利用反拷片上反拷孔进行微细电火花反拷加工阵列微细探针如图2(c3)，加工获得的阵列微细探针如图2(c4)所示。以“TH”图形阵列微细探针为例，其加工工艺如图2(d)所示：利用线电极放电磨削制备出单根微细电极如图2(d1)；使用制备的微细电极在反拷片上进行微细电火花加工出“TH”图形的阵列反拷孔如图2(d2)，再利用反拷片上反拷孔进行微细电火花反拷加工图形化多个微细针如图2(d3)，加工获得的阵列微针如图2(d4)所示。
如图3所示，微细亲水探针微液滴操作系统主要包括：单根或多根或阵列的微细金属探针、运动操作平台或机械手、吹气喷嘴及供气系统组成。微细亲水探针用于浸入取液槽内吸取一定量液体；运动操作平台或机械手用于实现微液滴精确移动到目标位置；吹气喷嘴用于吹出一定压力气体来释放微细探针上的微液滴；供气系统用于提供一定压力气体；取液槽用于存储待操作液体。
如图4所示，为微细亲水探针操作微液滴和点液过程。单根微细探针操作微液滴过程为：将微细探针浸入液体或刺破柔性膜，利用电极的移动和旋转以及自身亲水性提取一定量液体如图4(a1)所示；利用运动定位操作平台，将微细探针精确对准目标位置如图4(b1)所示；供气系统向喷嘴供气，沿微细探针轴向喷气释放微液滴如图4(c1)；最终微液滴被释放在基板的确定目标位置上如图4(d1)所示。多根或图形阵列微细探针操作微液滴过程为：将多根图形化或阵列微细探针浸入液体，利用电极平移运动或摇动以及自身亲水性提取一定量液体如图4(a2)所示；利用运动定位操作平台，将多根图形化或阵列微细探针整体移动精确对准目标位置如图4(b2)所示；供气系统向喷嘴供气，沿多个或阵列微细探针轴向同时均匀喷气，同时释放多个或阵列微液滴如图4(c2)；最终液体被释放在基板上确定目标位置上如图4(d2)所示。
根据本发明实施例提出的电火花加工微细亲水探针操作微液滴方法，通过利用探针直径和表面亲水特性来调控提取液滴大小，操作便捷、易于定量调控，采用金属材料作为微细探针，可制作出细长甚至尖端的探针，不仅具有刚度高、耐腐蚀、长工作寿命的优点，而且可以应用于穿刺提取，比如细胞的穿刺提取样液等。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的电火花加工微细亲水探针操作微液滴装置。
图5为根据本发明一个实施例的电火花加工微细亲水探针操作微液滴装置结构示意图。
如图5所示，该电火花加工微细亲水探针操作微液滴装置包括：微细金属探针、移动装置、供气系统和吹气结构。
其中，微细金属探针用于插入待操作液体，通过控制微细金属探针的水平方向运动，利用微细金属探针侧壁表面的亲水特性自动吸取待操作液体中的微液滴到微细金属探针的侧壁上。
移动装置用于控制微细金属探针和微液滴移动到需要点液的位置。
供气系统用于提供气体。
吹气结构，吹气结构的吹气喷嘴与供气系统连接，用于通过沿微细金属探针的轴向方向吹出带有压力的气体，将微液滴释放到需要点液的基片上。
该电火花加工微细亲水探针操作微液滴装置利用微细金属探针的亲水表面能自动吸取和操作微液滴，具有节能、操作便捷、系统成本低等优点。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过改变微细电火花加工制备过程中的电参数和工作液条件，调控微细金属探针表面的微观形貌，获得具有亲水特性的单根或多根或阵列的微细金属探针。
进一步地，在本发明的一个实施例中，微细金属探针的水平方向运动为左右、前后、旋转、摇动中的一个或多个方向的运动。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过调节微细金属探针直径、表面亲水特性、插入待操作液体的液面深度和时间中的一个或多个来改变提取的微液滴大小和体积。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过调节气体的气体压力来调控释放微液滴的速度和大小。
需要说明的是，前述对火花加工微细亲水探针操作微液滴方法实施例的解释说明也适用于该实施例的装置，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的火花加工微细亲水探针操作微液滴装置，通过利用探针直径和表面亲水特性来调控提取液滴大小，操作便捷、易于定量调控，采用金属材料作为微细探针，可制作出细长甚至尖端的探针，不仅具有刚度高、耐腐蚀、长工作寿命的优点，而且可以应用于穿刺提取，比如细胞的穿刺提取样液等。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种电火花加工的微细金属探针操作微液滴方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过改变微细电火花加工制备过程中的电参数和工作液条件，调控微细金属探针表面的微观形貌，获得具有亲水特性的单根或多根所述微细金属探针；
将所述微细金属探针插入待操作液体中，通过控制所述微细金属探针的水平方向运动，利用所述微细金属探针侧壁表面的亲水特性自动吸取所述待操作液体中的微液滴到所述微细金属探针的侧壁上，通过调节所述微细金属探针直径、表面亲水特性、插入所述待操作液体的液面深度和时间中的一个或多个来改变提取的所述微液滴大小；
通过运动操作平台将所述微细金属探针和所述微液滴移动到需要点液的位置；
通过沿所述微细金属探针的轴向方向吹出带有压力的气体，将所述微液滴释放到需要点液的基片上；通过调节气体的气体压力来调控释放所述微液滴的速度和大小。
2.根据权利要求1所述的电火花加工的微细金属探针操作微液滴方法，其特征在于，
所述微细金属探针的运动为左右、前后、旋转、摇动中的一个或多个方向的运动。
3.根据权利要求1所述的电火花加工的微细金属探针操作微液滴方法，其特征在于，调控所述微细金属探针表面的微观形貌，获得具有亲水特性的阵列的所述微细金属探针。
4.一种电火花加工的微细金属探针操作微液滴装置，其特征在于，包括：
微细金属探针，通过改变微细电火花加工制备过程中的电参数和工作液条件，调控所述微细金属探针表面的微观形貌，获得具有亲水特性的单根或多根所述微细金属探针，所述微细金属探针用于插入待操作液体，通过控制所述微细金属探针的水平方向运动，利用所述微细金属探针侧壁表面的亲水特性自动吸取所述待操作液体中的微液滴到所述微细金属探针的侧壁上，通过调节所述微细金属探针直径、表面亲水特性、插入所述待操作液体的液面深度和时间中的一个或多个来改变提取的所述微液滴大小；
移动装置，用于通过运动操作平台控制所述微细金属探针和所述微液滴移动到需要点液的位置；
供气系统，用于提供气体；
吹气结构，所述吹气结构的吹气喷嘴与所述供气系统连接，用于通过沿所述微细金属探针的轴向方向吹出带有压力的气体，将所述微液滴释放到需要点液的基片上；通过调节气体的气体压力来调控释放所述微液滴的速度和大小。
5.根据权利要求4所述的电火花加工的微细金属探针操作微液滴装置，其特征在于，
所述微细金属探针的运动为左右、前后、旋转、摇动中的一个或多个方向的运动。
6.根据权利要求4所述的电火花加工的微细金属探针操作微液滴装置，其特征在于，调控所述微细金属探针表面的微观形貌，获得具有亲水特性的阵列的所述微细金属探针。
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